EP4096872A1 - Verfahren, ausgleichsmodul und multi-roboter-system - Google Patents

Verfahren, ausgleichsmodul und multi-roboter-system

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Publication number
EP4096872A1
EP4096872A1 EP21702936.2A EP21702936A EP4096872A1 EP 4096872 A1 EP4096872 A1 EP 4096872A1 EP 21702936 A EP21702936 A EP 21702936A EP 4096872 A1 EP4096872 A1 EP 4096872A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
robot
compensation module
robots
force
forces
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21702936.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Juan Mauricio Toro Ramos
Dhruvin DOSHI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP4096872A1 publication Critical patent/EP4096872A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/085—Force or torque sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B25J5/007—Manipulators mounted on wheels or on carriages mounted on wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/0084—Program-controlled manipulators comprising a plurality of manipulators
    • B25J9/009—Program-controlled manipulators comprising a plurality of manipulators being mechanically linked with one another at their distal ends
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/16—Program controls
    • B25J9/1615—Program controls characterised by special kind of manipulator, e.g. planar, scara, gantry, cantilever, space, closed chain, passive/active joints and tendon driven manipulators
    • B25J9/162—Mobile manipulator, movable base with manipulator arm mounted on it
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/16—Program controls
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
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    • G05D1/0293—Convoy travelling
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39124—Grasp common rigid object, no movement end effectors relative to object
    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39163—Formation control, robots form a rigid formation, fixed relationship

Definitions

  • the invention relates to the field of robotics.
  • it relates to a compensation module for a multi-robot system, in particular a compensation module for a multi-robot system for cooperative object transport.
  • the invention also relates to a method for operating a compensation module for a multi-robot system and the use of a compensation module and a robot system having a compensation module according to the invention.
  • the present invention also relates to a control method for operating a multi-robot system.
  • Autonomous robots and in particular autonomous transport vehicle robots, also referred to herein as transport robots, are known from the prior art. For example, they are used in manufacturing environments to transport materials and / or manufactured products between manufacturing stations and storage facilities. The operation takes place autonomously, i.e. without direct manual control, but for example in accordance with a preprogrammed driving behavior, an instructed driving route and / or a survey of the surroundings.
  • the robots are usually unmanned. Furthermore, since the robots are usually not tied to a specific location, but can drive to fulfill their transport task, they can also be referred to as vehicles or vehicle robots.
  • the transport often requires a mechanical connection between the robots.
  • these can be coupled to a common carrier structure with which a transported object is carried.
  • a support structure correspondingly forms a mechanical connection and thus a connection structure or connection arrangement between the robots. So there is a mechanical constraint, so that the movements and associated forces of one robot through the connection structure can also be transferred to the other robot.
  • the mechanical coupling can lead to undesired influences between the transport robots and even to damage thereof. This is particularly problematic when the robots have to overcome different obstacles or are exposed to different road inclinations (for example on a slope).
  • the task is therefore to improve the operation of a multi-robot system, the individual robots of which are mechanically connected or can be connected to one another.
  • a compensation module is proposed for this, which is preferably arranged in the force path and / or mechanical connection path between the robots. This is preferably arranged on one of the robots, specifically in such a way that it connects the robot to a mechanical connection structure (or arrangement) which extends to or is coupled to the other robot.
  • This compensation module preferably provides at least one, preferably a plurality of degrees of freedom for the relative mobility between the robot and the connection structure. Furthermore, it preferably enables the forces transmitted between the connection structure and the robot to be damped.
  • damping can be understood to mean that an applied force is not transmitted directly to the corresponding other unit of robot and connection structure. Instead, this force can be at least partially dissipated and / or converted into potential energy that is only released at a later point in time. At the point in time when the force is applied, however, preferably not all of the forces reach the correspondingly connected unit, so that there is force damping from the point of view of this unit.
  • first and second or first and further robot it goes without saying that the disclosed solution is not restricted to this number of robots.
  • at least three or four robots could also be provided.
  • all robots (but at least more than two) of a system disclosed herein can have a corresponding compensation module. All statements that relate to a system with only a first and second robot apply accordingly to systems with a higher number of robots.
  • a first aspect of the invention is a balancing module for a multi-robot system having a device for balancing forces.
  • the compensation module can have an axis of rotation and a bearing, in particular a roller bearing.
  • a third aspect of the invention is a method for operating a compensation module, comprising: measuring forces and compensating the determined forces.
  • a fourth aspect of the invention is a multi-robot system, having a control or regulating device for coordinating the movements of at least two robots, with the control or regulating device being used to balance forces on the robots in order to handle a common object.
  • a fifth aspect of the invention is the use of a compensation module for a multi-robot system in a manufacturing process, in particular in a manufacturing process in the automotive industry.
  • a sixth aspect of the invention is a robot having a compensation module according to the first or the second aspect.
  • a seventh aspect of the invention is a robot system having at least one compensation module according to the first or the second aspect and at least two robots.
  • a first robot is an omnidirectional robot and a second robot is a non-omnidirectional robot.
  • a first robot is a holonomic robot and a second robot is a non-holonomic robot.
  • the robots may each have a gripping mechanism.
  • robot system and multi-robot system are used here synonymously and interchangeably, since the robot system has a plurality of robots.
  • the invention proposes a multi-robot system with: a first autonomous robot, in particular a transport robot, and a second autonomous robot, in particular a transport robot, the first and second robots via a connection arrangement (with which an object can preferably also be carried and / or which is set up for connection to an object) are in particular mechanically connected to one another; wherein at least one of the robots has a compensation module (for example according to the first aspect) via which it is coupled to the connection arrangement, the compensation module being configured to couple the robot and the connection arrangement to one another in a relatively moveable manner and to transmit power between the connection arrangement and the robot dampen.
  • the robots can be the robots of the robot system according to the above second aspect.
  • the damping can be done with the device of the compensation module of the first aspect.
  • the forces can be balanced by damping.
  • connection arrangement can be a mechanical coupling structure and / or connection structure of the type described above.
  • the connection arrangement can be in one piece or in several pieces.
  • it can be composed of carrier or gripper structures that are coupled to a respective robot of the system (i.e. the multi-robot system). If these carrier structures carry a common object or if they grip, for example, on different sides, a connection is created via these individual structures and the object or a corresponding connection arrangement is formed.
  • connection arrangement can also comprise a platform on which the object is placed, for example.
  • the robots can then be connected directly to this platform, but at least one of them is coupled to it via the compensation module described.
  • the compensation module can be a structurally integrated module that can be handled separately and / or, if necessary, be coupled to a robot. It can have smaller dimensions than the robot and / or than the connection arrangement. It can have a cylindrical shape. It can generally be made up of several parts. A first side can face the robot or be able to be coupled to it. With a second side facing away from or remote from it, it can be coupled to the connecting arrangement.
  • the compensation module can thus be arranged between the connection arrangement and the robot and / or can be coupled at both ends or sides to one of the robot and the connection arrangement. Any coupling mentioned herein can correspond to a force-transmitting connection.
  • a first part of the compensation module can be coupled to the robot and a second part can be coupled to the connection arrangement.
  • the corresponding parts of the compensation module can be movable relative to one another.
  • the relative movement can also take place in a guided manner and / or acting on further elements of the compensation module described below, in particular on elastically deformable elements. These can for example be positioned between the described parts of the compensation module.
  • the parts can delimit a fluid chamber, for example.
  • the damping can be achieved by dissipating and / or converting acting forces, in particular those emanating from the connection arrangement, and, more precisely, correspondingly acting mechanical energy, and / or converting them into other forms of energy (especially potential energy).
  • the latter is the case, for example, when, as is generally preferred, elastically deformable elements are provided in the compensation module, which are deformable according to the forces or energy acting on them.
  • the device for balancing forces can enable any of the above energy conversions. In particular, it can be elastically deformable or comprise correspondingly deformable elements.
  • a preferred embodiment provides that the damping of the force transmissions includes generating reaction forces acting against the relative movement. This is based on the idea that the relative movement is generally associated with forces acting on the compensation module or is caused by such forces. By applying appropriate reaction forces that act against the movement, the acting force can be at least partially compensated (for example when establishing a force equilibrium) and not fully transferred to the corresponding other connection arrangement and robot.
  • Any relative movement considered here can be based on a stationary (or to a lesser extent moved) robot and a connection structure moved for this purpose (e.g. moved to a greater extent) and in particular a force emanating from the connection structure. Reaction forces generated by the compensation module can accordingly act against the force transmission or relative movement originating from the connection arrangement.
  • the compensation module (and in particular its device for compensating forces) comprises at least one elastically deformable element (e.g. a spring, in particular a spiral spring or leaf spring) and the reaction force corresponds to a deformation force of this element to be overcome.
  • the deformation force can be a spring force. In a manner known per se, this can be generated or act in accordance with a change in length and counter to this change in length.
  • a plurality of correspondingly deformable elements is preferably provided. These can be oriented differently relative to one another. For example, these can run in different horizontal spatial directions.
  • the above-described first part of the compensation module is at least partially accommodated in the second part of the compensation module or vice versa.
  • the at least one deformable element is preferably positioned between the first and second part and / or connects them to one another. In the context of a relative movement, these parts can therefore be supported on one another via the deformable element.
  • these are preferably distributed in a horizontal spatial plane in an intermediate space between the first and second part, in particular distributed uniformly.
  • at least four correspondingly deformable elements can be provided, which are distributed at a distance of approximately 90 ° relative to one another in the corresponding plane.
  • At least one of the first and second parts can be annular.
  • the compensation module comprises at least one swivel joint, in particular a roller bearing.
  • a relative rotation of the robot and the connection arrangement around a spatial axis can be made possible, preferably around a vertical spatial axis. It has been shown that with such a swivel joint in real operation frequently occurring relative offsets between the robots or the connection arrangement and a robot coupled to it can be reliably compensated. The maneuverability can also be improved as a result, since relative movements of the robots around the vertical axis, for example to avoid obstacles, are possible.
  • the relative rotation about the axis of rotation of the swivel joint (which accordingly preferably runs along a vertical spatial axis and / or perpendicular to the ground or to a plane of movement of a robot) can take place undamped. In any case, it preferably takes place with less damping than the damping of other relative movements by the compensation module.
  • the swivel joint can not include an elastically deformable component and / or be designed as a conventional roller bearing.
  • the compensation module enables a relative movement between the robot and the connection arrangement in at least one, at least two and preferably in all translational degrees of freedom.
  • the compensation module enables at least relative movements in a horizontal spatial plane, that is to say that the robot and the connection arrangement are coupled to one another in a floating manner in this spatial plane, for example, or superimposed on one another.
  • All axes and degrees of freedom defined herein can relate to a Cartesian spatial coordinate system.
  • a vertical axis can correspond to an axis along which the gravitational force acts.
  • the other axes can run horizontally to this axis.
  • Translational degrees of freedom can exist along these axes, while rotational degrees of freedom can exist about the corresponding axes.
  • robot states during a movement on a horizontal surface are dealt with here, with road inclinations deviating therefrom also being possible, as will be explained below.
  • the compensation module can enable relative movements by at least one rotational degree of freedom and preferably at least two rotational degrees of freedom.
  • the compensation module enables rotations about at least one horizontal axis and preferably about two horizontal axes. Rotations around horizontal axes are advantageous for compensating for different road inclinations below the robots, e.g. when one of the robots drives onto a ramp while the other remains on a level roadway.
  • a preferred variant provides that the compensation module enables damped relative movements in all three translational degrees of freedom and around the two horizontal spatial axes.
  • free rotatability is preferably provided about the vertical spatial axis by means of the described swivel joint.
  • the compensation module comprises at least one rotary encoder with which an angular position of the rotary joint can be determined.
  • the rotary encoder can be designed as an encoder. It can detect the relative rotation of a part of the swivel joint, which is coupled to the robot for a common movement, and a part of the swivel joint, which is coupled to the connection arrangement for a common movement, by means of sensors.
  • the operation of at least one of the robots can also be controlled based on this. For example, can it can be deduced from this whether one of the robots is moving too far ahead or whether the corresponding other robot is falling too far behind.
  • an angular position that deviates significantly from a predefined neutral position can be detected.
  • the robot can then adapt the ferry operation in order to correct the corresponding angular deviation.
  • the compensation module comprises at least one force sensor.
  • This is preferably set up to measure forces acting between the robot and the connection structure.
  • the force sensor can measure forces in a horizontal plane.
  • a plurality of force sensors are preferably provided in order to measure forces from different horizontal directions, for example along both horizontal spatial axes.
  • the force sensor can be set up to measure an amount and / or a sign of the force.
  • the force sensor can be a load cell.
  • At least three, but preferably at least four force sensors are provided, which are distributed in the horizontal plane.
  • two sensors can be provided for two-dimensional force determination and at least three for three-dimensional force determination.
  • the force determination can each determine the direction of the force z. B. comprise by determining a corresponding two- or three-dimensional vector.
  • the sensors can be distributed equally spaced from one another, e.g. by 90 ° or 120 °.
  • Two of the sensors can be positioned along an axis that corresponds to straight-ahead travel of the robot.
  • two of the sensors (that is to say if four force sensors are provided accordingly) can be positioned along an axis running orthogonally thereto. In this way, the forces acting in the horizontal plane can be reliably detected.
  • the compensation module is also set up to determine a direction of measured forces.
  • the amounts and / or signs determined by different force sensors can be evaluated and a force vector can be determined from them. This is achieved particularly reliably with the above-described arrangements of at least three or at least four force sensors in a horizontal spatial plane.
  • the force sensors for example, a force component along a first horizontal spatial axis and a force component along a second horizontal spatial axis can be determined in order to determine the force vector described.
  • the use of force sensors thus preferably enables the amount and direction of the forces transmitted between the connection arrangement and the robot (in particular of forces transmitted to the robot) to be determined.
  • This can in particular be an initially undamped force component, which is then at least partially balanced or compensated for by the damping capability of the compensation module.
  • an operation of at least one of the robots can be controlled on the basis of the measured force.
  • the robot can adapt its operation and in particular its ferry operation, e.g. with regard to a selected route, driving speed or a driving angle.
  • the aim can be to reduce the measured force and, in particular, to bring it to zero.
  • a steering angle can be set with which the robot can be steered against the direction of the measured force in order to compensate for this force.
  • the driving speed (and / or acceleration) can be selected depending on the amount of force.
  • At least one of the robots can control and in particular regulate its ferry operation primarily or exclusively on the basis of the measured forces. This can be done in the manner described in such a way that the measured forces are balanced. This is advantageous in that there is no need for direct communication between the robots.
  • the driving operation information can in particular include a driving route, a driving speed, a steering angle or an advance adjustment of corresponding parameters.
  • At least one or preferably only one robot of the system takes on a guiding role, for example because it receives information on the route to be traveled.
  • the other robot on the other hand, can take on a following role and, depending on the measured forces, follow the guide robot.
  • This increases the flexibility when assembling the multi-robot system, since the individual robots do not necessarily have to be designed for communication with one another. Instead, they can only communicate with one another indirectly, so to speak, via measured forces or, more precisely, their mutual operation without actually exchanged data or Affect signals. This can also make it possible for at least some of the robots to be designed entirely without communication capability, which reduces costs.
  • the compensation module is connected to the assigned robot via a (wired or wireless) data transmission interface.
  • a control device of the compensation module based on the force measurement values
  • force measurement values or control signals that were generated by a control device of the compensation module based on the force measurement values can be transmitted to the robot and in particular to a control device of the robot.
  • Explanations of these control units can also be found below. This has the advantage that the robots themselves do not have to be set up to process the sensor measured values. As a result, the requirements placed on the robots are reduced, which saves costs and increases the range of uses for the compensation module.
  • the robots can be omnidirectional robots and, in particular, transport robots, which can be steered accordingly in any spatial directions.
  • at least one non-omnidirectional robot is preferably also provided within the system. This combination, known in principle from the prior art, is advantageous with regard to clear controllability and avoidance of redundancy within the system. It is preferably provided that the omnidirectional robot is a guide robot of the type described above and the non-omnidirectional robot is a following robot.
  • one of the robots can be non-holonomic and the other holonomic.
  • the latter is again preferably the guidance robot, while the other can follow this guidance, in particular in a force-controlled manner.
  • the robots or the system can be used in particular for transport tasks in connection with production processes.
  • it can be a production process in the automotive industry.
  • Applications in other areas, e.g. service robotics, are also possible.
  • the system can be used as a parking robot system with which vehicles to be parked can be brought to and from parking spaces.
  • each of the robots can comprise a gripping and / or carrier mechanism, which can each be part of the connection arrangement.
  • the robots can each be transported on at least one side of one Support the object and thus indirectly establish a mechanical connection (ie in particular a force-transmitting or force-conducting connection) to the other robot, which also grips this object or is supported on it.
  • the connection arrangement can thus also include the object to be transported together with the gripping mechanisms.
  • the compensation module can further comprise at least one of the following components:
  • a sensor for detecting an angle of inclination (or angle of inclination) of a robot base This can be arranged on at least one, but preferably on each of the robots and detect the respective angle of incline.
  • This sensor can be an IMU (intertial measurement unit).
  • a sensor for detecting a weight load acting on the compensation module or, in other words, a sensor for detecting a weight force transmitted from the connection arrangement to the compensation module;
  • a distance between a first area of the compensation module, to which the connection arrangement can be coupled, and a second area, to which the robot can be coupled can be changed in this way.
  • the compensation module as a generally preferred aspect, is preferably attached to an upper side of the robot and / or is aligned upright and / or along the vertical spatial axis, a corresponding change in distance leads to a change in height of the compensation module. More generally, one could also speak of a change in length.
  • the height adjustment mechanism can be mechanical. It can be a toggle lever mechanism, in particular a double toggle lever mechanism. The advantage of such a mechanism is that robots with different heights can also be connected to one another without necessarily having to adapt the connection arrangement.
  • a deformable section with which the compensation module is supported on at least one of the connection arrangement and a robot is preferably not the deformable element for balancing forces already discussed. Instead, it can be a disk-shaped, mat-shaped or plate-shaped element. It can preferably consist of a coherent and / or homogeneous material. It can therefore be a solid section, for example a rubber sheet.
  • the compensation module can stand on this or the further components of the compensation module mentioned herein can be supported. For example, this element or this Section form a foot section of the compensation module on which it stands and, in particular, stands on the robot. In particular, vertically acting vibrations and forces can be compensated and absorbed via this element.
  • the angle of inclination and the weight load can each be used to differentiate between the measured forces as to whether they are caused by relative movements or differences in height or ramps by the robots.
  • the forces can be used, for example, by a control device as a guide specification for controlling one of the robots.
  • forces can also act and be measured which are not relevant to movement or control.
  • These forces can also be present in the static case (i.e. generally independent of movement), e.g. due to the inclination of one of the robots and the support of its own weight via the connection arrangement on the other robot.
  • Such force components can be determined on the basis of the angle of inclination and the weight load and cannot be used as a basis for the movement control.
  • the invention also relates to a compensation module for a robot of a multi-robot system according to any of the preceding aspects.
  • the compensation module can have any of the features described herein and provide effects.
  • the compensation module can comprise at least a first part and at least a second part, wherein the first part can be coupled to the connection arrangement and the second part can be coupled to the robot (in particular can be attached to it).
  • the parts can be displaceable relative to one another. Furthermore, this displaceability or relative mobility can take place with damping of acting forces, so that force transmissions between the connection arrangement and the robot are damped. Any of the approaches and devices explained herein for damping corresponding forces can in turn be provided for this purpose.
  • the invention also relates to a robot comprising a compensation module according to any of the aspects described herein.
  • the invention also relates to a method for operating a robot system, comprising:
  • connection arrangement comprises coupling at least one of the robots to the connecting arrangement via a compensation module; wherein the compensation module is set up to couple (or connect) the robot and the connection arrangement to one another in a relatively moveable manner and to attenuate force transmissions between the connection arrangement and the robot.
  • the method can include any further measures and any further feature in order to provide all of the operating states, interactions and effects described herein.
  • the method can be used to provide a robot system or multi-robot system in accordance with any of the aspects described herein. All statements and developments of features of such a system can also apply to the identical process features.
  • the invention also relates to a method for operating a robot system or multi-robot system, wherein the robot system is designed according to any of the preceding aspects and, in particular, wherein the at least one compensation module of this system comprises at least one force sensor which is set up to provide a between to measure the force acting on the robot having the compensation module and the connecting structure.
  • the operation of at least one robot of the system can be controlled on the basis of the measured force. All of the aspects described above with regard to force measurements and operational controls based thereon can also be provided in this context.
  • control unit can provide control and / or regulating functions. It can receive measurement signals generated by the compensation module and, based on them, suitably adapt an operation of a respective robot.
  • the module can also, additionally or alternatively, comprise a control device. This can generate control signals, for example in accordance with measured forces, and output them to the robot to control its movement. In particular, these signals can be transmitted to a drive control unit of the robot, which then adjusts the electrical power supply of the drive motors of the robot accordingly. The robot itself then does not have to process any sensor readings from the compensation module.
  • Any control device can include at least one processor and / or at least one memory device. Program instructions that can be executed by the processor can be stored in the memory device. With a corresponding design, the control device can be put in a position to provide the control and / or regulating function described.
  • FIG. 1 shows a multi-robot system according to a first example
  • Embodiment in a plan view Embodiment in a plan view.
  • FIG. 2 shows a variant of the system from FIG. 1 in a front view.
  • Fig. 3 shows a compensation module in a schematic plan view, as it is in the
  • FIG. 4 shows the compensation module from FIG. 3 in a schematic cross-sectional view
  • FIG. 1 shows a multi-robot system that is a robot system 10.
  • This system 10 comprises two autonomously driving robots in the form of transport robots (or mobile robots) 12.
  • the system 10 is shown in a top view.
  • the vertical spatial axis Z is correspondingly perpendicular to the plane of the sheet and runs generally along a direction of action of the gravitational force.
  • the other axes of the entered spatial coordinate system X, Y are horizontal axes or span a horizontal spatial plane.
  • the X-axis corresponds to a forward travel direction, whereas the Y-axis defines a sideways travel direction.
  • FIG. 2 shows a system 10 comparable to FIG. 1 is shown in a front view.
  • the left robot 12 is an omnidirectional robot (see corresponding hatching of its wheels, which have an omnidirectional controllability indicate).
  • the right robot 12 is a non-omnidirectional robot which is designed, for example, in the manner of a conventional motor vehicle with a deflectable front axle.
  • the robots 12 are connected to one another via a connection arrangement 14, which is shown only by way of example as a rod.
  • the left robot 12 can move accordingly in the X and Y directions and rotate about the Z axis.
  • the right robot 12, on the other hand, can only drive along the X direction and rotate around the Z axis.
  • the same also applies to the object 18 which is carried or moved by the robots 12.
  • the degree of freedom of movement of the entire robot system 10 is restricted during the object transport.
  • the robot system 10 cannot immediately move sideways. It can only move forwards and backwards (along the X direction) and only rotate to a limited extent (around the Z axis).
  • the robot system 10 cannot place a momentary pole at will on the driving plane.
  • small control deviations during the movement process can result in undesirable forces which can lead to damage to the robot system 10.
  • the compensation module 20 disclosed herein enables both an expansion of the degree of freedom of movement and a compensation of occurring forces.
  • connection arrangement 14 comprises a continuous, one-part or multi-part, elongated mechanical component 16 extending from robot 12 to robot 12, on which a platform concealed by a transport object 18 is arranged in the center.
  • the robots 12 are thus connected to one another in a force-transmitting manner by the mechanically rigid component 16.
  • the object 18 can be a workpiece to be transported, a manufactured product or an intermediate product. This can be transported by the system 10 within a manufacturing environment such as a factory, and particularly an automobile factory.
  • connection arrangement 14 is connected to the respective robots 12 centrally on an upper side, merely by way of example. More precisely, it is mechanically coupled to this. This takes place via compensation modules 20. As can be seen from FIG Connection arrangement 14 to be coupled, and a second area 24 (only by way of example an underside) to be coupled to the respective robot 12.
  • the compensation modules 20 each form flexible coupling elements of the robots 12 to the connection arrangement 14 and thus also for the at least indirect coupling of the robots 12 to one another.
  • the compensation modules 20 enable the relative mobilities explained below in order to compensate for mutually deviating movement states of the robots 12. More precisely, the movement of one robot 12 cannot then be fully transferred to the further robot 12 by means of the connection arrangement 14, but is at least partially compensated or balanced by the relative mobility of the compensation module 20. As will be explained below, this is preferably done with the application of opposing forces (also referred to as reaction forces) in order to limit the power transmissions of the robots 12 to one another.
  • opposing forces also referred to as reaction forces
  • connection arrangement 14 is composed of two gripping units (or also gripping mechanisms) 25 (which are each attached to one of the robots 12). More precisely, these gripping units 25 are elongated and have a first end coupled to the first region 22 of a respective compensation module 20 (more precisely attached to the compensation module 20). With a second end remote from the compensation module 20, they grip the object 18 (e.g. by means of a mechanical gripping hand).
  • the systems shown in FIGS. 1 and 2 would be restricted with regard to their mobility.
  • lateral driving as is made possible by the omnidirectional left robot 12, would not always be possible, since the right robot 12 would then tilt.
  • the compensation modules 20 make it possible, in the manner still described, for a corresponding force to be registered in the compensation module 20 of the right robot 12 after a lateral approach of one robot 12 and for it to deflect in a suitable manner.
  • a completely rigid connection of the robots 12 to the connection arrangement 14 would also be disadvantageous in terms of maneuverability.
  • the forces of the robots 12 would always be transferred directly and completely to one another, which can lead to damage.
  • a compensation module 20 is shown in plan view.
  • the Z-axis is thus perpendicular to the plane of the sheet and the viewing direction generally corresponds to that of FIG. 1.
  • the compensation module 20 has an axis of rotation, a bearing housing, a plurality of spring elements 38 and a bearing 30, in particular a roller bearing.
  • the arrows shown indicate four directions in which forces can be measured. Both directions and angles of the occurring forces can be measured. To evaluate the forces, the amount of the forces can also be determined. An angle measurement can be recorded in the compensation module 20 via a position of the axis of rotation. Measurements can also be made by encoders.
  • the provided spring elements 38 can be used to balance out occurring forces (i.e. they can form a device for balancing the forces).
  • software can be provided in order to control the compensation modules 20. Overall, the use of the compensation module 20 increases the degree of freedom of movement. In addition, the forces that occur are compensated for. This increases the service life of the individual robot 12 and of the entire robot system 10.
  • FIG. 3 initially shows a first part 30 of the compensation module 20, which is, for example, a middle disk.
  • One of the robot 12 and the connection arrangement 14 or gripping unit 25 can be fastened to this.
  • An annular second part 32 of the compensation module 20, on the other hand, is arranged on the corresponding other of the connection arrangement 14 or gripping unit 25 and robot 12.
  • the connection of the parts 30, 32 to the corresponding components can take place via suitable mechanical fastening means and / or by means of a clamp connection.
  • the first part 30 is mounted rotatably about the vertical Z-axis which is perpendicular to the plane of the sheet (see corresponding arrow). For this purpose, it is received in a pivot bearing 34 (or also a swivel joint).
  • the pivot bearing 34 is mounted in a retaining ring 36. This is held in the second part 32 via a plurality of spring elements 38, which are not each provided with their own reference number in FIG. 3.
  • the retaining ring 36 can accordingly execute less extensive rotary movements than the first part 30.
  • the spring elements 38 each run in the horizontal XY plane. Accordingly, they enable relative movements of the first part 30 relative to the second part 32 in the horizontal plane and thus by at least two translational degrees of freedom (along the X and along the Y-axis). Furthermore, a certain displacement along the Z axis of the parts 30, 32 relative to one another can also be made possible in this way (by corresponding deflection of the springs 38). Preferably, however, this is negligible in comparison to a vertical mounting described below via an elastic plate and its vertical deformability. By suitable mounting and in particular vertical support of, for example, the retaining ring 36 and the first part 30, bending of the springs 38 in the vertical direction can also be deliberately limited.
  • a substantial free rotation takes place by means of the rotary bearing 34, in which only the frictional forces of the rotary bearing 34 (which is preferably a roller bearing) have to be overcome.
  • An angular position of the rotary bearing 34 can be detected by a rotary encoder 37 (not shown in detail).
  • the sensors S1-S4 are set up to measure both the amounts of an acting force and its sign.
  • the sensors S1-S4 are positioned such that two are along the X-axis and two are along the Y-axis. However, other axes could also be selected, but these preferably run orthogonally to one another and / or horizontally. Only one sensor S1-S4 can also be provided along a respective axis. According to one variant, at least one sensor and thus a total of at least two sensors S1-S4 are provided for each axis.
  • the sensors S1-S2 consequently measure forces along the X-axis and the sensors S3-S4 along the Y-axis. In this way, an X component and a Y component of the forces acting on the second part 32 can be measured. These forces can be transmitted from the connection arrangement 14 to the second part 32, for example. Some of these forces can be dampened in the manner described by deformation of the spring elements 38.
  • the sensors S1-S4 and the X-Y force components determined from them are therefore used to calculate a force vector or to determine a main direction of the forces acting. This can be done by transmitting the measured values of the sensors S1-S4 to a control device 100 of a robot 12.
  • a corresponding control device (a control device or a control device) 100 is shown as an example for a robot 12, as well as a data connection (which can be wireless or wired) to the compensation module 20, indicated by dashed lines.
  • the other robot 12 preferably also has a corresponding one Control device 100 including data connection to the compensation module 20 there.
  • the compensation module 20 has a control device 100 in order to evaluate all of the sensor signals detected by the compensation module 20 itself.
  • the control device (or also the control device) 100 of the compensation module 20 can use the sensor measured values to generate control signals for the robot 12, which carries the compensation module 20. These signals can be transmitted to the robot 12 via a data transmission interface that is not specially marked.
  • Any control device 100 described herein can be a control or regulating device disclosed herein or provide control or regulating functions of the type described herein.
  • the robot 12 can receive information about how the other robot 12 is currently moving or how the connecting arrangement 14 is deflected in accordance with corresponding movements.
  • the left robot 12 is a guide robot that has received a route to be traveled, for example via a wireless data connection.
  • the right robot 12 cannot have received any corresponding route information and can also preferably not communicate directly with the left guiding robot 12 via a data connection. Instead, it can measure the forces applied by the left robot 12 via the connection arrangement 14 and, based on this, control and preferably regulate its driving behavior.
  • control device 100 can preferably have a regulating function in order to regulate the ferry operation according to the measures of the forces measured by the sensors S1-S4.
  • the regulation preferably takes place in such a way that a steering angle and / or a speed and / or an acceleration are adapted in order to reduce the determined force vector. This is typically done in such a way that the robot 12 is moved in the direction of this force vector, the speed and / or acceleration preferably being selected in accordance with an amount of this vector.
  • this control function can also be provided by the compensation module 20 or a control device 100 there and control signals can be generated and transmitted to the robot 12 in accordance with a control there.
  • FIG. 4 is a schematically very simplified structure of the compensation module 20 from FIG.
  • the layer-like structure or the corresponding sequence of individual components is only an example.
  • the view corresponds to a cross-sectional view along the Z-Y plane from FIG. 3.
  • the inner first part 30 and the outer second part 32 can again be seen.
  • the part 32 can also provide the connection area 22 from FIG. 2 or correspond to it.
  • the further components arranged between the parts 30, 32 or interacting therewith, such as the force sensors S1-S4, the pivot bearing 34 and the spring elements 38, are not shown separately in FIG. 4.
  • the first part 30 is connected to a height adjustment mechanism 40.
  • This can be a toggle lever mechanism, in particular a double toggle lever mechanism, and / or an adjusting mechanism in the manner of a scissor lift. In principle, however, this height adjustment mechanism could also be connected to the second part 32 and / or to both parts 30, 32.
  • Additional sensors 51, 53 are also shown. This is an inclination angle sensor 51 with which an inclination of the compensation module 20 and thus of the robot 12 or the roadway below can be determined. Also shown is a weight force sensor 53 which measures an acting weight force (that is, a vertical force). This results in advantages in the manner described above, especially when traveling on a ramp.
  • weight force sensor 53 it is also possible to use the weight force sensor 53 to determine a three-dimensional force direction in addition to the sensors S1-S4 and then to base this direction on a robot controller.
  • a deformable plate 42 connected to the first part 30 is also shown.
  • this deformable section also supports relative rotations of the first to the second part 30, 32 during a ramp travel, i.e. while one of the robots 12 is on an inclined roadway, the other, however, not or only on a less steeply inclined roadway.
  • a topmost layer (referring to the orientation of FIG. 4) comprises an interface to the gripping mechanism 25 or to the object 18.
  • a second layer positioned below it comprises the force sensors S1-S4 and the compensation mechanism or the device (springs) 38 also attack a weight force and / or be measured. The weight can also act on the layers below.
  • a third layer positioned below the preceding layers comprises power electronics and / or a controller and sensors for detecting the angle of incline.
  • a fourth layer positioned below the previous layers comprises a height adjustment. This can include a double toggle mechanism and generally be used in robots with different heights.
  • a fifth layer positioned below the preceding layers comprises an elastic plate, for example a rubber plate. It also includes an interface to the robot 12.
  • the rubber plate is used to compensate for vertical loads and / or loads that arise during the ramp travel.
  • a sensor for the pitch angle can also be provided, the pitch angle being determined, for example, with the aid of an IMU.
  • the exemplary compensation module 20 has in particular the following properties and offers the following advantages in terms of flexibility:
  • a compensation device is provided for loads occurring in all of the longitudinal direction, transverse direction, vertical direction and around the longitudinal direction and around the transverse direction.
  • the freedom of movement is increased, in particular with regard to a rotation about a vertical axis.
  • the exemplary compensation module 20 has in particular the following properties and offers the following advantages in terms of independence or stand-alone capability:
  • An integrated sensor system is provided for all the required measured variables, in particular for recording three-dimensional robot movements, the angle of incline and the weight of the object;
  • An integrated control unit is provided that generates and coordinates suitable driving strategies.
  • the exemplary compensation module 20 has in particular the following properties and offers the following advantages in terms of scalability:
  • the compensation module 20 is adjustable in height. This means that robots of different heights can be connected to one another.
  • the compensation module 20 is robust.
  • the compensation module 20 can be used independently of the exact robot kinematics and / or its gripping mechanism.

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Abstract

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Robotik. Insbesondere betrifft sie ein Ausgleichsmodul (20) für ein Multi-Roboter-System (10), insbesondere ein Ausgleichsmodul (20) für ein Multi-Roboter- System (10) für den kooperativen Objekttransport. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zum Betreiben eines Ausgleichsmoduls (20) für ein Multi-Roboter-System (10) und die Verwendung eines Ausgleichsmodules (20) sowie ein Robotersystem (10) aufweisend ein erfindungsgemäßes Ausgleichsmodul (20). Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuerverfahren zum Betreiben eines Multi-Roboter-Systems (10).

Description

Beschreibung
Verfahren, Ausgleichsmodul und Multi- Roboter-System
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Robotik. Insbesondere betrifft sie ein Ausgleichsmodul für ein Multi-Roboter-System, insbesondere ein Ausgleichsmodul für ein Multi- Roboter-System für den kooperativen Objekttransport. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zum Betreiben eines Ausgleichsmoduls für ein Multi-Roboter-System und die Verwendung eines Ausgleichsmodules sowie ein Robotersystem aufweisend ein erfindungsgemäßes Ausgleichsmodul. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuerverfahren zum Betreiben eines Multi-Roboter-Systems.
Autonome Roboter und insbesondere autonome Transportfahrzeugroboter, hierin auch als Transportroboter bezeichnet, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden beispielsweise in Fertigungsumgebungen eingesetzt, um Materialien und/oder gefertigte Produkte zwischen Fertigungsstationen und Lagerstätten zu transportieren. Der Betrieb erfolgt dabei autonom, d.h. ohne unmittelbare manuelle Steuerung, sondern beispielsweise nach Maßgabe eines vorprogrammierten Fahrverhaltens, einer angewiesenen Fahrroute und/oder einer Umfelderfassung. Die Roboter sind in der Regel unbemannt. Da die Roboter ferner meist nicht ortsgebunden sind, sondern zum Erfüllen ihrer Transportaufgabe fahren können, können sie auch als Fahrzeuge bzw. Fahrzeugroboter bezeichnet werden.
Es ist ferner bekannt, insbesondere für Transportaufgaben mehrere entsprechende Roboter bzw. Transportroboter koordiniert miteinander zu betreiben. Dies wird in der Fachwelt auch als das Bilden sogenannter Multi- Roboter-Systeme bezeichnet. Vorteile entstehen beispielsweise dadurch, dass die einzelnen Roboter weniger leistungsfähig ausgebildet werden müssen und dass die Flexibilität erhöht ist, da je nach Transportaufgabe eine unterschiedliche Anzahl von Robotern zusammengestellt werden kann.
Oftmals setzt der Transport eine mechanische Verbindung der Roboter untereinander voraus. Beispielsweise können diese an einer gemeinsamen Trägerstruktur, mit dem ein transportiertes Objekt getragen wird, angekoppelt werden. Eine solche Trägerstruktur bildet entsprechend eine mechanische Verbindung und somit eine Verbindungsstruktur bzw. Verbindungsanordnung zwischen den Robotern. Es entsteht also ein mechanischerzwang, sodass die Bewegungen sowie damit zusammenhängende Kräfte des einen Roboters durch die Verbindungsstruktur auch auf den anderen Roboter übertragen werden. Folglich kann die mechanische Kopplung zu unerwünschten Beeinflussungen der Transportroboter untereinander führen und sogar zu Beschädigungen hiervon. Problematisch ist dies insbesondere dann, wenn die Roboter unterschiedliche Hindernisse überwinden müssen oder unterschiedlichen Fahrbahnneigungen (z.B. an einem Hang) ausgesetzt sind.
Es stellt sich daher die Aufgabe, den Betrieb eines Multi-Roboter-Systems, dessen einzelne Roboter mechanisch miteinander verbunden oder verbindbar sind, zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der beigefügten unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die vorstehenden Ausführungen und Weiterbildungen können auch bei der vorliegenden Lösung vorgesehen sein bzw. auf diese zutreffen, sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich.
Es wird allgemein vorgeschlagen, trotz einer aufrechterhaltenen zumindest mittelbaren mechanischen Verbindung zwischen den einzelnen Robotern eines Multi-Roboter-Systems die Einzelroboter mit einem gewissen Spiel und/oder einer definierten Nachgiebigkeit miteinander zu verbinden. Auf diese Weise kann ein definiertes Ausmaß an Relativbeweglichkeit zwischen den Einzelrobotern bereitgestellt werden. Anders ausgedrückt werden die Roboter trotz aufrechterhaltener mechanischer Verbindung in definierten Grenzen mechanisch entkoppelt, sodass nicht mehr sämtliche Bewegungen und/oder Kräfte von einem Roboter unmittelbar auf den anderen übertragbar sind. Dies ermöglicht, dass Reaktionen eines Roboters auf z.B. Untergrundneigungen, denen der andere Roboter nicht ausgesetzt ist, nicht unmittelbar auf diesen anderen Roboter übertragen werden. Allgemein werden also Störeinflüsse des einen Roboters nicht stets voll auf den anderen Roboter übertragen. Dies erhöht die Zuverlässigkeit des Betriebs und mindert das Risiko von mechanischen Beschädigungen der Roboter aufgrund übertragener Kräfte.
Insbesondere wird vorgeschlagen, die mechanische Entkopplung bezüglich einer Vielzahl räumlicher Freiheitsgrade vorzusehen und entsprechende Freiheitsgrade zur Relativbeweglichkeit bereitzustellen. Bevorzugt erfolgt die Relativbeweglichkeit dabei nicht völlig frei, sondern entgegen bzw. unter Überwindung von gezielt erzeugten Reaktionskräften. Diese stellen somit eine gewisse Führungsfunktion bereit und dämpfen Kraftübertragungen zwischen den einzelnen Robotern in definierter Weise. Allgemein wird hierfür ein Ausgleichsmodul vorgeschlagen, das bevorzugt im Kraftpfad und/oder mechanischen Verbindungspfad zwischen den Robotern angeordnet ist. Bevorzugt ist dieses an einem der Roboter angeordnet, und zwar in der Weise, dass es den Roboter mit einer mechanischen Verbindungsstruktur (oder -anordnung) verbindet, die sich zu dem anderen Roboter erstreckt bzw. mit diesem gekoppelt ist. Dieses Ausgleichsmodul stellt bevorzugt wenigstens einen, bevorzugt eine Mehrzahl von Freiheitsgraden zur Relativbeweglichkeit zwischen dem Roboter und der Verbindungsstruktur bereit. Ferner ermöglicht es vorzugsweise eine Dämpfung der zwischen der Verbindungsstruktur und dem Roboter übertragenen Kräfte. Dabei kann unter einer Dämpfung verstanden werden, dass eine aufgebrachte Kraft nicht unmittelbar auf die entsprechende andere Einheit von Roboter und Verbindungsstruktur übertragen wird. Stattdessen kann diese Kraft zumindest anteilig dissipiert und/oder in potentielle Energie umgewandelt werden, die erst zu einem späteren Zeitpunkt freigesetzt wird. Im Zeitpunkt der Kraftaufbringung erreichen aber bevorzugt nicht sämtliche Kräfte die entsprechend verbundene Einheit, sodass aus Sicht dieser Einheit eine Kraftdämpfung vorliegt.
Sofern hierin von einem ersten und zweiten oder ersten und weiteren Roboter gesprochen wird, versteht es sich, dass die offenbarte Lösung nicht auf diese Anzahl von Robotern beschränkt ist. Insbesondere könnten auch wenigstens drei oder vier Roboter vorgesehen sein. Ferner können sämtliche Roboter (zumindest aber mehr als zwei) eines hierin offenbarten Systems ein entsprechendes Ausgleichsmodul aufweisen. Sämtliche Ausführungen, die sich auf ein System mit lediglich einem ersten und zweiten Roboter beziehen, gelten entsprechend auch für Systeme mit einer höheren Anzahl von Robotern.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Ausgleichsmodul für ein Multi-Roboter-System aufweisend eine Einrichtung zum Ausgleichen von Kräften. Gemäß einem davon abhängigen zweiten Aspekt kann das Ausgleichsmodul eine Drehachse und ein Lager, insbesondere ein Wälzlager aufweisen.
Ein dritter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Ausgleichsmoduls, aufweisend: Messen von Kräften und Ausgleichen der ermittelten Kräfte.
Ein vierter Aspekt der Erfindung ist ein Multi-Roboter-System, aufweisend eine Steuer- oder Regelvorrichtung zum Koordinieren der Bewegungen von mindestens zwei Robotern, wobei mit der Steuer- oder Regelvorrichtung Kräfte an den Robotern ausgeglichen werden, um ein gemeinsames Objekt zu handhaben. Ein fünfter Aspekt der Erfindung ist eine Verwendung eines Ausgleichsmodules für ein Multi- Roboter-System in einem Fertigungsprozess, insbesondere in einem Fertigungsprozess der Automobilindustrie.
Ein sechster Aspekt der Erfindung ist ein Roboter aufweisend ein Ausgleichsmodul nach dem ersten oder dem zweiten Aspekt.
Ein siebter Aspekt der Erfindung ist ein Robotersystem, aufweisend mindestens ein Ausgleichsmodul nach dem ersten oder dem zweiten Aspekt und mindestens zwei Roboter. Gemäß einem davon abhängigen achten Aspekt ist ein erster Roboter ein omnidirektionaler Roboter und ein zweiter Roboter ein nicht-omnidirektonaler Roboter. Alternativ oder zusätzlich ist ein erster Roboter gemäß einem neunten Aspekt ein holonomer Roboter und ein zweiter Roboter ein nicht-holonomer Roboter. Bei dem siebten bis neunten Aspekt können die Roboter jeweils einen Greifmechanismus aufweisen.
Die Begriffe Robotersystem und Multi- Roboter-System werden hierin gelichbedeutend und austauschbar verwendet, da das Robotersystem eine Mehrzahl von Robotern aufweist.
Sämtliche nachstehend im Zusammenhang mit Multi-Roboter-Systemen erläuterten Merkmale und Funktionen eines Ausgleichsmoduls können für das vorstehende Ausgleichsmodul des ersten Aspekts gelten. Sie können also auch unabhängig von den weiteren Merkmalen nachstehender Multi-Roboter-Systeme als ein Merkmal des Ausgleichsmoduls dieses ersten Aspekts beansprucht werden.
Insbesondere schlägt die Erfindung ein Multi-Roboter-System vor, mit: einem ersten autonomen Roboter, insbesondere einem Transportroboter, und einem zweiten autonomen Roboter, insbesondere einem Transportroboter, wobei der erste und zweite Roboter über eine Verbindungsanordnung (mit der bevorzugt auch ein Objekt tragbar ist und/oder die zur Verbindung mit einem Objekt eingerichtet ist) insbesondere mechanisch miteinander verbunden sind; wobei wenigstens einer der Roboter ein Ausgleichsmodul (z.B. gemäß dem ersten Aspekt) aufweist, über das es an die Verbindungsanordnung gekoppelt ist, wobei das Ausgleichsmodul dazu eingerichtet ist, den Roboter und die Verbindungsanordnung relativbeweglich miteinander zu koppeln und Kraftübertragungen zwischen der Verbindungsanordnung und dem Roboter zu dämpfen. Bei den Robotern kann es sich um die Roboter des Robotersystems gemäß dem obigen zweiten Aspekt handeln. Das Dämpfen kann mit der Einrichtung des Ausgleichsmoduls des ersten Aspekts erfolgen. Durch das Dämpfen können die Kräfte ausgeglichen werden.
Bei der Verbindungsanordnung kann es sich um eine mechanische Kopplungsstruktur und/oder Verbindungsstruktur der vorstehend geschilderten Art handeln. Die Verbindungsanordnung kann einteilig oder mehrteilig sein. Beispielsweise kann sie sich aus Träger- oder Greiferstrukturen zusammensetzen, die an einen jeweiligen Roboter des Systems (d.h. des Multi-Roboter-Systems) angekoppelt sind. Tragen diese Trägerstrukturen ein gemeinsames Objekt bzw. greifen dieses z.B. an unterschiedlichen Seiten, entsteht über diese einzelnen Strukturen sowie das Objekt eine Verbindung bzw. wird eine entsprechende Verbindungsanordnung gebildet.
Alternativ kann die Verbindungsanordnung aber auch eine Plattform umfassen, auf die das Objekt z.B. aufgelegt wird. Dann können die Roboter direkt mit dieser Plattform verbunden sein, wobei jedoch zumindest eines über das geschilderte Ausgleichsmodul daran angekoppelt wird.
Das Ausgleichsmodul kann ein baulich integriertes, separat handhabbares und/oder bedarfsweise an einen Roboter ankoppelbares Modul sein. Es kann kleinere Dimensionen als der Roboter und/oder als die Verbindungsanordnung aufweisen. Es kann eine zylindrische Form aufweisen. Es kann allgemein mehrteilig aufgebaut sein. Mit einer ersten Seite kann es dem Roboter zugewandt bzw. an diesem ankoppelbar sein. Mit einer hiervon abgewandten oder entfernten zweiten Seite kann es mit der Verbindungsanordnung koppelbar sein. Insbesondere kann das Ausgleichsmodul also zwischen der Verbindungsanordnung und dem Roboter angeordnet und/oder an beiden Enden oder Seiten mit einem von Roboter und Verbindungsanordnung koppelbar sein. Jegliche hierin erwähnte Kopplung kann einer kraftübertragenden Verbindung entsprechen.
Zum Ermöglichen der Relativbeweglichkeit kann ein erster Teil des Ausgleichsmoduls mit dem Roboter und ein zweiter Teil mit der Verbindungsanordnung koppelbar sein. Die entsprechenden Teile des Ausgleichsmoduls können relativbeweglich zueinander sein. Dabei kann die Relativbewegung auch geführt erfolgen und/oder unter Einwirken auf nachstehend geschilderte weitere Elemente des Ausgleichsmoduls, insbesondere auf elastisch deformierbare Elemente. Diese können beispielsweise zwischen den geschilderten Teilen des Ausgleichsmoduls positioniert sein. Prinzipiell ist es aber auch möglich, derartige Teile zum Herstellen der Relativbeweglichkeit gelenkig aneinander zu koppeln und/oder über ein verdrängbares Fluid, insbesondere ein Hydraulikfluid, miteinander zu koppeln. In letzterem Fall können die Teile z.B. eine Fluidkammer begrenzen.
Wie geschildert, kann die Dämpfung dadurch erreicht werden, dass einwirkende und insbesondere von der Verbindungsanordnung ausgehende Kräfte und genauer gesagt entsprechend einwirkende mechanische Energie dissipiert und/oder in anderweitige Energieformen (insbesondere potentielle Energie) umgewandelt wird/werden. Letzteres ist z.B. dann der Fall, wenn, wie allgemein bevorzugt, elastisch deformierbare Elemente im Ausgleichsmodul vorgesehen sind, die nach Maßgabe der einwirkenden Kräfte bzw. Energie deformierbar sind. Die Einrichtung zum Kräfteausgleich kann jegliche der vorstehenden Energieumwandlungen ermöglichen. Insbesondere kann sie elastisch defomierbar sein oder entsprechend deformierbare Elemente umfassen.
Insbesondere sieht eine bevorzugte Ausführungsform vor, dass das Dämpfen der Kraftübertragungen ein Erzeugen von entgegen der Relativbewegung wirkenden Reaktionskräften umfasst. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass die Relativbewegung in der Regel mit auf das Ausgleichsmodul einwirkenden Kräften einhergeht bzw. von derartigen Kräften verursacht wird. Durch das Aufbringen entsprechender Reaktionskräfte, die entgegen der Bewegung wirken, kann (beispielsweise bei Aufstellen eines Kräftegleichgewichtes) die einwirkende Kraft zumindest teilweise kompensiert werden und nicht auf das entsprechende andere von Verbindungsanordnung und Roboter voll übertragen werden.
Bei jeglicher hierin betrachteten Relativbewegung kann von einem stehenden (oder in geringerem Ausmaß bewegten) Roboter und einer hierzu bewegten (z.B. in größerem Ausmaß bewegten) Verbindungsstruktur und insbesondere einer von der Verbindungsstruktur ausgehenden Kraft ausgegangen werden. Vom Ausgleichsmodul erzeugte Reaktionskräfte können entsprechend entgegen der von der Verbindungsanordnung ausgehenden Kraftübertragung bzw. Relativbewegung wirken.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Ausgleichsmodul (und insbesondere dessen Einrichtung zum Ausgleichen von Kräften) wenigstens ein elastisch deformierbares Element (z.B. eine Feder, insbesondere eine Spiralfeder oder Blattfeder) umfasst und die Reaktionskraft einer zu überwindenden Deformationskraft dieses Elements entspricht. Bei der Deformationskraft kann es sich um eine Federkraft handeln. In an sich bekannter Weise kann diese nach Maßgabe einer Längenänderung und entgegen dieser Längenänderung erzeugt werden bzw. wirken. Bevorzugt ist eine Mehrzahl von entsprechend deformierbaren Elementen vorgesehen. Diese können unterschiedlich relativ zueinander orientiert sein. Beispielsweise können diese in unterschiedlichen horizontalen Raumrichtungen verlaufen.
Gemäß einer allgemeinen bevorzugten Variante ist der vorstehend geschilderte erste Teil des Ausgleichsmoduls zumindest teilweise in dem zweiten Teil des Ausgleichsmoduls aufgenommen oder umgekehrt. Das wenigstens eine deformierbare Element ist bevorzugt zwischen dem ersten und zweiten Teil positioniert und/oder verbindet diese miteinander. Im Rahmen einer Relativbewegung können diese Teile sich also aneinander über das deformierbare Element abstützen. Bei einer Mehrzahl von deformierbaren Elementen sind diese bevorzugt in einer horizontalen Raumebene in einem Zwischenraum zwischen dem ersten und zweiten Teil verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt. Beispielsweise können wenigstens vier entsprechend deformierbare Elemente vorgesehen sein, die in einem Abstand von ca. 90° relativ zueinander in der entsprechenden Ebene verteilt sind. Wenigstens einer von erstem oder zweitem Teil kann ringförmig sein.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Ausgleichsmodul wenigstens ein Drehgelenk, insbesondere ein Wälzlager. Mit dem Drehgelenk kann eine Relativverdrehung von Roboter und Verbindungsanordnung um eine Raumachse ermöglicht werden, bevorzugt um eine vertikale Raumachse. Es hat sich gezeigt, dass mit einem solchen Drehgelenk im Realbetrieb häufig auftretende Relativversätze zwischen den Robotern bzw. der Verbindungsanordnung und einem hiermit gekoppelten Roboter zuverlässig ausgeglichen werden können. Weiter kann hierdurch die Manövrierbarkeit verbessert werden, da Relativbewegungen der Roboter um die vertikale Achse zum Beispiel zum Ausweichen von Hindernissen möglich sind.
Die Relativverdrehung um die Rotationsachse des Drehgelenks (die entsprechend bevorzugt entlang einer vertikalen Raumachse verläuft und/oder senkrecht zum Untergrund oder zu einer Bewegungsebene eines Roboters) kann ungedämpft erfolgen. Bevorzugt erfolgt sie jedenfalls mit einer geringeren Dämpfung als die Dämpfung anderweitiger Relativbewegungen durch das Ausgleichsmodul. Beispielsweise kann das Drehgelenk keine elastisch deformierbare Komponente umfassen und/oder als ein gewöhnliches Wälzlager ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ermöglicht das Ausgleichsmodul eine Relativbewegung zwischen Roboter und Verbindungsanordnung in wenigstens einem, wenigstens zwei und bevorzugt in sämtlichen translatorischen Freiheitsgraden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Ausgleichsmodul zumindest Relativbewegungen in einer horizontalen Raumebene ermöglicht, also den Roboter und die Verbindungsanordnung in dieser Raumebene z.B. schwimmend miteinander koppelt oder zueinander lagert.
Sämtliche hierin definierten Achsen und Freiheitsgrade können sich auf ein kartesisches räumliches Koordinatensystem beziehen. Eine vertikale Achse kann einer Achse entsprechen, entlang derer die Gravitationskraft wirkt. Die weiteren Achsen können horizontal zu dieser Achse verlaufen. Translatorische Freiheitsgrade können entlang dieser Achsen vorliegen, während rotatorische Freiheitsgrade um die entsprechenden Achsen vorliegen können. Bevorzugt wird hierin auf Roboterzustände bei einer Bewegung auf einem horizontalen Untergrund eingegangen, wobei auch hiervon abweichende Fahrbahnneigungen vorliegen können, wie nachstehend noch erläutert.
Zusätzlich oder alternativ kann das Ausgleichsmodul Relativbewegungen um wenigstens einen rotatorischen Freiheitsgrad und bevorzugt zumindest zwei rotatorische Freiheitsgrade ermöglichen. Gemäß einer bevorzugten Variante ermöglicht das Ausgleichsmodul Rotationen um wenigstens eine horizontale Achse und bevorzugt um zwei horizontale Achsen. Rotationen um horizontale Achsen sind zum Ausgleichen von unterschiedlichen Fahrbahnneigungen unterhalb der Roboter vorteilhaft, z.B. beim Auffahren eines der Roboter auf eine Rampe, während der andere auf einer ebenen Fahrbahn verbleibt. Um die vertikale Raumachse kann hingegen eine freie Verdrehbarkeit über das geschilderte Drehgelenk vorliegen. Bewegungen um die horizontalen Rotationsfreiheitsgrade können hingegen wiederum durch das Ausgleichsmodul gedämpft werden.
Eine bevorzugte Variante sieht vor, dass das Ausgleichsmodul gedämpfte Relativbewegungen in sämtlichen drei translatorischen Freiheitsgraden ermöglicht sowie um die beiden horizontalen Raumachsen. Um die vertikale Raumachse ist hingegen bevorzugt eine freie Verdrehbarkeit mittels des geschilderten Drehgelenks vorgesehen.
In diesem Zusammenhang kann ferner vorgesehen sein, dass das Ausgleichsmodul wenigstens einen Drehgeber umfasst, mit dem eine Winkelstellung des Drehgelenks ermittelbar ist. Beispielsweise kann der Drehgeber als ein Encoder ausgebildet sein. Er kann die Relativverdrehung von einem Teil des Drehgelenks, das mit dem Roboter für eine gemeinsame Bewegung gekoppelt ist, und einem Teil des Drehgelenks, das mit der Verbindungsanordnung für eine gemeinsame Bewegung gekoppelt ist, sensorisch erfassen. Darauf basierend kann auch der Betrieb von zumindest einem der Roboter gesteuert werden. Beispielsweise kann daraus abgeleitet werden, ob einer der Roboter zu weit vorausfährt bzw. der entsprechend andere Roboter zu weit zurückfällt. In beiden Fällen kann eine gegenüber einer vordefinierten Neutralstellung deutlich abweichende Winkelstellung erfassbar sein. Im Rahmen einer autonomen Steuerung und insbesondere Regelung von zumindest einem der Roboter kann dieser dann den Fährbetrieb anpassen, um die entsprechende Winkelabweichung zu korrigieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Ausgleichsmodul wenigstens einen Kraftsensor. Dieser ist bevorzugt dazu eingerichtet, zwischen dem Roboter und der Verbindungsstruktur wirkende Kräfte zu messen. Insbesondere kann der Kraftsensor Kräfte in einer horizontalen Ebene messen. Bevorzugt ist eine Mehrzahl von Kraftsensoren vorgesehen, um Kräfte aus unterschiedlichen horizontalen Richtungen zu messen, beispielsweise entlang beider horizontaler Raumachsen. Prinzipiell kann der Kraftsensor dazu eingerichtet sein, einen Betrag und/oder ein Vorzeichen der Kraft zu messen. Beispielsweise kann der Kraftsensor eine Wägezelle sein.
Gemäß einer Variante sind wenigstens drei, bevorzugt aber wenigstens vier Kraftsensoren vorgesehen, die in der horizontalen Ebene verteilt sind. Insbesondere können zwei Sensoren für eine zweidimensionale Kraftermittlung und wenigstens drei für eine dreidimensionale Kraftermittlung vorgesehen sein. Die Kraftermittlung kann jeweils eine Richtungsbestimmung der Kraft z. B. durch Ermitteln eines entsprechend zwei- oder dreidimensionalen Vektors umfassen. Beispielsweise können die Sensoren gleichartig voneinander beabstandet verteilt sein, z.B. um 90° bzw. 120°. Zwei der Sensoren können entlang einer Achse positioniert sein, die einer Geradeausfahrt des Roboters entspricht. Zwei der Sensoren (also bei entsprechend vier vorgesehenen Kraftsensoren) können hingegen entlang einer orthogonal hierzu verlaufenden Achse positioniert sein. Auf diese Weise können die in der horizontalen Ebene einwirkenden Kräfte zuverlässig erfasst werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Ausgleichsmodul auch dazu eingerichtet ist, eine Richtung von gemessenen Kräften zu ermitteln. Hierfür können z.B. die von unterschiedlichen Kraftsensoren ermittelten Beträge und/oder Vorzeichen ausgewertet und kann daraus ein Kraftvektor bestimmt werden. Dies gelingt besonders zuverlässig mit den vorstehend geschilderten Anordnungen von wenigstens drei oder wenigstens vier Kraftsensoren in einer horizontalen Raumebene. Mittels der Kraftsensoren kann beispielsweise eine Kraftkomponente entlang einer ersten horizontalen Raumachse und eine Kraftkomponente entlang einer zweiten horizontalen Raumachse bestimmt werden, um daraus den geschilderten Kraftvektor zu bestimmen.
Insgesamt ermöglicht das Verwenden von Kraftsensoren also bevorzugt eine Betrags- und Richtungsbestimmung der zwischen der Verbindungsanordnung und dem Roboter übertragenen Kräfte (insbesondere von auf den Roboter übertragenen Kräften). Hierbei kann es sich insbesondere um einen zunächst ungedämpften Kraftanteil handeln, der dann zumindest teilweise durch die Dämpfungsfähigkeit des Ausgleichsmoduls ausgeglichen bzw. kompensiert wird.
Bevorzugt sieht ein weiterer Aspekt der Erfindung vor, dass ein Betrieb von wenigstens einem der Roboter auf Basis der gemessenen Kraft steuerbar ist. Beispielsweise kann der Roboter seinen Betrieb und insbesondere Fährbetrieb z.B. hinsichtlich einer gewählten Fahrroute, Fahrgeschwindigkeit oder eines Fahrwinkels anpassen. Ziel kann es jeweils sein, die gemessene Kraft zu reduzieren und insbesondere zu null zu bringen. Beispielsweise kann also ein Lenkwinkel eingestellt werden, mit dem der Roboter entgegen der Richtung der gemessenen Kraft lenkbar ist, um diese Kraft auszugleichen. Die Fahrgeschwindigkeit (und/oder -beschleunigung) kann in Abhängigkeit des Betrages der Kraft gewählt werden.
Prinzipiell kann wenigstens einer der Roboter seinen Fährbetrieb primär oder ausschließlich auf Basis der gemessenen Kräfte steuern und insbesondere regeln. Dies kann in der geschilderten Weise derart erfolgen, dass die gemessenen Kräfte ausgeglichen werden. Vorteilhaft ist dies dahingehend, als dass keine direkte Kommunikation zwischen den Robotern erfolgen muss. Beispielsweise müssen keine Fahrbetriebsinformationen zwischen den Robotern übertragen werden. Die Fahrbetriebsinformationen können insbesondere eine Fahrroute, eine Fahrgeschwindigkeit, einen Lenkwinkel oder eine vorausliegende Anpassung entsprechender Parameter umfassen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein oder bevorzugt ausschließlich ein Roboter des Systems eine Führungsrolle übernimmt, beispielsweise da er Informationen zur abzufahrenden Fahrroute erhält. Der andere Roboter kann hingegen eine folgende Rolle einnehmen und, je nach den gemessenen Kräften, dem Führungsroboter folgen. Dies erhöht die Flexibilität beim Zusammenstellen des Multi- Roboter-Systems, da die Einzelroboter nicht zwingend für eine Kommunikation untereinander ausgelegt sein müssen. Stattdessen können diese sozusagen lediglich indirekt über gemessene Kräfte miteinander kommunizieren oder, genauer gesagt, ihren gegenseitigen Betrieb ohne tatsächlich ausgetauschte Daten oder Signale beeinflussen. Auch kann dies ermöglichen, dass zumindest einzelne der Roboter gänzlich ohne Kommunikationsfähigkeit ausgelegt werden, was die Kosten reduziert.
Gemäß einer allgemeinen Weiterbildung ist das Ausgleichsmodul über eine (kabelgebundene oder kabellose) Datenübertragungsschnittstelle mit dem zugeordneten Roboter verbunden. Hierdurch können Kraftmesswerte oder Steuersignale, die durch ein Steuergerät des Ausgleichsmoduls anhand der Kraftmesswerte erzeugt wurden, an den Roboter und insbesondere an ein Steuergerät des Roboters übertragen werden. Erläuterungen zu diesen Steuergeräten finden sich auch nachstehend. Dies hat den Vorteil, dass die Roboter selbst nicht dazu eingerichtet sein müssen, die Sensormesswerte zu verarbeiten. Folglich werden die Anforderungen an die Roboter reduziert, was Kosten spart und das Einsatzspektrum des Ausgleichsmoduls erhöht.
Prinzipiell kann es sich bei den Robotern um omnidirektionale Roboter und insbesondere um Transportroboter handeln, welche entsprechend in beliebige Raumrichtungen lenkbar sind. Innerhalb des Systems ist bevorzugt aber auch wenigstens ein nicht-omnidirektionaler Roboter vorgesehen. Diese aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannte Kombination ist vorteilhaft hinsichtlich einer eindeutigen Steuerbarkeit und einer Redundanzvermeidung innerhalb des Systems. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der omnidirektionale Roboter ein Führungsroboter der vorstehend geschilderten Art und der nicht-omnidirektionale Roboter ein folgender Roboter ist.
Zusätzlich oder alternativ kann einer der Roboter nicht-holonom und der andere holonom sein. Letzterer ist bevorzugt wiederum der Führungsroboter, während das andere insbesondere kraftgesteuert dieser Führung folgen kann.
Die Roboter bzw. das System können insbesondere für Transportaufgaben in Verbindung mit Produktionsprozessen eingesetzt werden. Insbesondere kann es sich um einen Produktionsprozess in der Automobilindustrie handeln. Auch Anwendungen in anderen Bereichen, z.B. der Service-Robotik, sind möglich. Beispielweise kann das System als Parkrobotersystem genutzt werden, mit dem zu parkende Fahrzeuge von und zu Parkplätzen gebracht werden können.
Wie vorstehend bereits angedeutet, kann jeder der Roboter einen Greif- und/oder Trägermechanismus umfassen, welche jeweils Bestandteil der Verbindungsanordnung sein können. Hiermit können sich die Roboter jeweils an wenigstens einer Seite eines transportierten Objektes abstützen und somit indirekt eine mechanische Verbindung (d.h. insbesondere eine kraftübertragende bzw. kraftleitende Verbindung) zu dem anderen Roboter aufbauen, welcher ebenfalls dieses Objekt greift oder sich an diesem abstützt. Die Verbindungsanordnung kann also auch das zu transportierende Objekt samt den Greifmechanismen umfassen.
Gemäß einer Weiterbildung kann das Ausgleichsmodul ferner wenigstens eine der folgenden Komponenten umfassen:
- einen Sensor zum Erfassen eines Steigungswinkels (oder auch Neigungswinkel) eines Roboteruntergrundes. Dieser kann an wenigstens einem, bevorzugt aber an jedem der Roboter angeordnet sein und den jeweiligen Steigungswinkel erfassen. Bei diesem Sensor kann es sich um eine IMU (intertial measurement unit) handeln.
- einen Sensor zum Erfassen einer auf das Ausgleichsmodul einwirkenden Gewichtslast oder, mit anderen Worten, einen Sensor zum Erfassen einer von der Verbindungsanordnung auf das Ausgleichsmodul übertragenen Gewichtskraft;
- einen Höhenverstellmechanismus. Insbesondere kann hierüber ein Abstand von einem ersten Bereich des Ausgleichsmoduls, an den die Verbindungsanordnung ankoppelbar ist, und einem zweiten Bereich geändert werden, an den der Roboter ankoppelbar ist. Da das Ausgleichsmodul als ein allgemein bevorzugter Aspekt bevorzugt an einer Oberseite des Roboters angebracht ist und/oder aufrecht und/oder entlang der vertikalen Raumachse ausgerichtet ist, führt eine entsprechende Abstandsänderung zu einer Höhenänderung des Ausgleichsmoduls. Allgemeiner könnte auch von einer Längenänderung gesprochen werden. Der Höhenverstellmechanismus kann mechanisch sein. Es kann sich um einen Kniehebelmechanismus handeln, insbesondere einen zweifachen Kniehebelmechanismus. Vorteil eines solchen Mechanismus ist, dass auch Roboter mit unterschiedlichen Höhen miteinander verbunden werden können, ohne dass die Verbindungsanordnung zwingend anzupassen ist.
- einen deformierbaren Abschnitt, mit dem sich das Ausgleichsmodul an wenigstens einem von Verbindungsanordnung und einem Roboter abstützt. Hierbei handelt es sich bevorzugt nicht um das bereits diskutierte deformierbare Element zum Kräfteausgleich. Stattdessen kann es sich um ein scheibenförmiges, mattenförmiges oder plattenförmiges Element handeln. Es kann bevorzugt aus einem zusammenhängenden und/oder homogenen Material bestehen. Es kann sich also um einen Festkörperabschnitt handeln, z.B. eine Gummiplatte. Auf dieser kann das Ausgleichsmodul stehen bzw. können die hierin genannten weiteren Komponenten des Ausgleichsmoduls sich abstützen. Beispielsweise kann dieses Element bzw. dieser Abschnitt einen Fußabschnitt des Ausgleichsmoduls bilden, auf dem dieses steht und insbesondere auf dem Roboter steht. Über dieses Element können insbesondere vertikal wirkende Vibrationen und Kräfte ausgeglichen und aufgenommen werden.
Der Neigungswinkel und die Gewichtslast können jeweils genutzt werden, um bei den gemessenen Kräften zu differenzieren, ob diese aufgrund von Relativbewegungen oder Höhenunterschieden bzw. Rampenfahrten der Roboter verursacht werden. Im erstgenannten Fall können die Kräfte beispielsweise von einer Steuereinrichtung als Führungsvorgabe zum Steuern eines der Roboter verwendet werden. Jedoch können insbesondere bei Höhenunterschieden und/oder allgemein bei einer vorstehend geschilderten Rampenfahrt auch Kräfte einwirken und gemessen werden, die nicht bewegungs- bzw. steuerrelevant sind. Diese Kräfte können z.B. aufgrund einer Schrägstellung von einem der Roboter und Abstützung des Eigengewichts über die Verbindungsanordnung am anderen Roboter auch im statischen Fall (also allg. bewegungsunabhängig) vorliegen. Derartige Kraftanteile können auf Basis des Neigungswinkels und der Gewichtslast ermittelt und der Bewegungssteuerung nicht zugrunde gelegt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Ausgleichsmodul für einen Roboter eines Multi-Roboter-Systems nach jeglichen der vorangehenden Aspekte. Allgemein kann das Ausgleichsmodul jegliche hierin geschilderten Merkmale aufweisen und Wirkungen bereitstellen. Insbesondere kann das Ausgleichsmodul wenigstens einen ersten Teil und wenigstens einen zweiten Teil umfassen, wobei der erste Teil mit der Verbindungsanordnung und der zweite Teil mit dem Roboter koppelbar ist (insbesondere daran befestigbar ist). Die Teile können relativ zueinander verlagerbar sein. Ferner kann diese Verlagerbarkeit bzw. Relativbeweglichkeit unter einer Dämpfung einwirkender Kräfte erfolgen, sodass Kraftübertragungen zwischen der Verbindungsanordnung und dem Roboter gedämpft werden. Hierfür können wiederum jegliche der hierin erläuterten Ansätze und Einrichtungen zum Dämpfen entsprechender Kräfte vorgesehen sein.
Ebenso betrifft die Erfindung auch einen Roboter umfassend ein Ausgleichsmodul gemäß jeglichen hierin geschilderten Aspekten.
Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Robotersystems, aufweisend:
- (insbesondere mechanisches) Verbinden eines ersten Roboters, insbesondere eines Transportroboters, und eines zweiten Roboters, insbesondere eines Transportroboters, mit einer Verbindungsanordnung, wobei das Verbinden ein Koppeln von wenigstens einem der Roboter an die Verbindungsanordnung über ein Ausgleichsmodul umfasst; wobei das Ausgleichsmodul dazu eingerichtet ist, den Roboter und die Verbindungsanordnung relativbeweglich miteinander zu koppeln (bzw. zu verbinden) und Kraftübertragungen zwischen der Verbindungsanordnung und dem Roboter zu dämpfen.
Das Verfahren kann jegliche weiteren Maßnahmen und jegliches weitere Merkmal umfassen, um sämtliche der hierin geschilderten Betriebszustände, Wechselwirkungen und Effekte bereitzustellen. Insbesondere kann mit dem Verfahren ein Robotersystem bzw. Multi- Roboter- System gemäß jeglichem der hierin geschilderten Aspekte bereitgestellt werden. Sämtliche Ausführungen zu und Weiterbildungen von Merkmalen eines solchen Systems können auch auf die gleichlautenden Verfahrensmerkmale zutreffen.
Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines Robotersystems bzw. Multi-Roboter-Systems, wobei das Robotersystem nach jeglichen der vorangehenden Aspekte ausgebildet ist und insbesondere wobei das wenigstens eine Ausgleichsmodul dieses Systems wenigstens einen Kraftsensor umfasst, der dazu eingerichtet ist, eine zwischen dem das Ausgleichsmodul aufweisenden Roboter und der Verbindungsstruktur wirkende Kraft zu messen. Der Betrieb von wenigstens einem Roboter des Systems kann auf Basis der gemessenen Kraft gesteuert werden. Sämtliche der vorstehend geschilderten Aspekte bezüglich Kraftmessungen und darauf basierenden Betriebssteuerungen können in diesem Zusammenhang ebenfalls vorgesehen sein.
Allgemein ist darauf hinzuweisen, dass bezüglich jeglichem hierin geschilderten Aspekt eine Betriebssteuerung der Roboter wenigstens von einem Steuergerät (hierin auch als Steuereinrichtung bezeichnet) des Roboters ausführbar ist. Das Steuergerät kann Steuer- und/oder Regelfunktionen bereitstellen. Es kann von dem Ausgleichsmodul erzeugte Messsignale erhalten und darauf basierend einen Betrieb eines jeweiligen Roboters geeignet anpassen. Auch das Modul kann, zusätzlich oder alternativ, ein Steuergerät umfassen. Dieses kann Steuersignale z.B. nach Maßgabe gemessener Kräfte erzeugen und an den Roboter zur Steuerung von dessen Bewegung ausgeben. Insbesondere können diese Signale an ein Antriebs-Steuergerät des Roboters übermittelt werden, welches dann die elektrische Leistungszufuhr der Antriebsmotoren des Roboters entsprechend einstellt. Der Roboter selbst muss dann keine Sensormesswerte des Ausgleichsmoduls verarbeiten. Jegliches Steuergerät kann wenigstens einen Prozessor und/oder wenigstens eine Speichereinrichtung umfassen. Auf der Speichereinrichtung können Programmanweisungen hinterlegt sein, die durch den Prozessor ausführbar sind. Bei entsprechender Ausführung kann das Steuergerät in die Lage versetzt werden, die geschilderte Steuer- und/oder Regelfunktion bereitzustellen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert. Figurenübergreifend können dabei gleichartige oder gleichwirkende Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Fig. 1 zeigt ein Multi-Roboter-System gemäß einer ersten beispielhaften
Ausführungsform in einer Draufsicht.
Fig. 2 zeigt eine Variante des Systems aus Fig. 1 in einer Vorderansicht.
Fig. 3 zeigt ein Ausgleichsmodul in einer schematischen Draufsicht, wie es bei den
Systemen aus Fig. 1 und Fig. 2 zum Einsatz kommt.
Fig. 4 zeigt das Ausgleichsmodul aus Fig. 3 in einer schematischen Querschnittsansicht
Seitenansicht, um dessen inneren Aufbau zu erläutern.
Die im Folgenden geschilderten Systeme führen jeweils erfindungsgemäße Verfahren aus.
In Fig. 1 ist ein Multi-Roboter-System gezeigt, dass ein Robotersystem 10 ist. Dieses System 10 umfasst zwei autonom fahrende Roboter in Form von Transportrobotern (oder auch mobilen Robotern) 12. Das System 10 ist in einer Draufsicht gezeigt. Die vertikale Raumachse Z steht entsprechend senkrecht auf der Blattebene und verläuft allgemein entlang einer Wirkungsrichtung der Gravitationskraft. Die weiteren Achsen des eingetragenen räumlichen Koordinatensystems X, Y sind horizontale Achsen bzw. spannen eine horizontale Raumebene auf. Die X-Achse entspricht einer Vorwärtsfahrrichtung, wohingegen die Y-Achse eine Seitwärtsfahrrichtung definiert. Die Lage des Koordinatensystems verdeutlicht sich ferner aus Fig. 2, in der ein zu Fig. 1 vergleichbares System 10 in einer Vorderansicht gezeigt ist.
Zunächst bezugnehmend auf Fig. 1 (die entsprechenden Ausführungen können aber ebenso für Fig. 2 gelten) ist gezeigt, dass der linke Roboter 12 ein omnidirektionaler Roboter ist (siehe entsprechende Schraffur von dessen Rädern, die eine omnidirektionale Steuerbarkeit andeuten). Der rechte Roboter 12 ist hingegen ein nicht omnidirektionaler Roboter, der z.B. nach Art eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs mit einer auslenkbaren Vorderachse ausgebildet ist. Die Roboter 12 sind über eine Verbindungsanordnung 14, die lediglich beispielhaft als eine Stange dargestellt ist, miteinander verbunden.
Im Folgenden zunächst ohne das erfindungsgemäße Ausgleichsmodul 20 betrachtet kann der linke Roboter 12 entsprechend in die X- und Y-Richtung fahren sowie um die Z-Achse rotieren. Der rechte Roboter 12 kann hingegen lediglich entlang derX-Richtung fahren sowie um die Z- Achse rotieren. Gleiches gilt auch für das Objekt 18, das von den Robotern 12 getragen bzw. bewegt wird.
Daraus resultiert folgende bisherige Problemstellung: Bei einer starren Verbindung zwischen den Robotern 12 (insbesondere zwischen allgemein holonomen und nicht holonomen Robotern) ist der Bewegungsfreiheitsgrad des gesamten Robotersystems 10 während des Objekttransports eingeschränkt. Das Robotersystem 10 kann insbesondere nicht sofort seitlich fahren. Es kann nur vorwärts und rückwärts fahren (entlang der X-Richtung) und sich nur eingeschränkt drehen (um die Z-Achse). Das Robotersystem 10 kann einen Momentanpol nicht beliebig auf der Fahrebene platzieren. Weiter können durch kleine Steuerungsabweichungen während des Bewegungsvorgangs unerwünschte Kräfte entstehen, die zur Schädigung des Robotersystems 10 führen können. Das hierin offenbarte Ausgleichsmodul 20 ermöglicht sowohl eine Erweiterung des Bewegungsfreiheitsgrads als auch einen Ausgleich auftretender Kräfte.
Im Fall von Fig. 1 umfasst die Verbindungsanordnung 14 eine durchgehende, sich von Roboter 12 zu Roboter 12 erstreckende einteilige oder mehrteilige langgestreckte mechanische Komponente 16, auf der mittig eine von einem Transportobjekt 18 verdeckte Plattform angeordnet ist. Die Roboter 12 sind somit durch die mechanisch starre Komponente 16 kraftübertragend miteinander verbunden. Bei dem Objekt 18 kann es sich um ein zu transportierendes Werkstück, ein gefertigtes Produkt oder ein Zwischenerzeugnis handeln. Dieses kann von dem System 10 innerhalb einer Fertigungsumgebung, wie z.B. einer Fabrik und insbesondere einer Automobilfabrik, transportiert werden.
Die Verbindungsanordnung 14 ist lediglich beispielhaft mittig an einer Oberseite mit den jeweiligen Robotern 12 verbunden. Genauer gesagt ist sie mechanisch an diese angekoppelt. Dies erfolgt über Ausgleichsmodule 20. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weisen diese einen ersten Bereich 22 (lediglich beispielhaft eine Außenwand) auf, um mit der Komponente 16 bzw. der Verbindungsanordnung 14 gekoppelt zu werden, und einen zweiten Bereich 24 (lediglich beispielhaft eine Unterseite), um mit dem jeweiligen Roboter 12 gekoppelt zu werden.
Die Ausgleichsmodule 20 bilden jeweils nachgiebige Kopplungselemente der Roboter 12 zur Verbindungsanordnung 14 und somit auch zum zumindest mittelbaren Koppeln der Roboter 12 miteinander. Insbesondere ermöglichen die Ausgleichsmodule 20 die nachstehend erläuterten Relativbeweglichkeiten, um voneinander abweichende Bewegungszustände der Roboter 12 untereinander auszugleichen. Genauer gesagt kann dann die Bewegung von einem Roboter 12 nicht im vollen Umfang auf den weiteren Roboter 12 mittels der Verbindungsanordnung 14 übertragen werden, sondern wird durch die Relativbeweglichkeit des Ausgleichsmoduls 20 zumindest anteilig kompensiert bzw. ausgeglichen. Wie nachstehend noch erläutert, erfolgt dies bevorzugt unter Aufbringung von Gegenkräften (auch als Reaktionskräfte bezeichnet), um Kraftübertragungen der Roboter 12 aufeinander zu begrenzen.
In Fig. 2 ist ein zu Fig. 1 analoges System 10 in einer Vorderansicht gezeigt. Der einzige Unterschied ist, dass die Verbindungsanordnung 14 keine durchgängige Komponente 16 mit einer etwaigen verdeckten Plattform umfasst. Stattdessen setzt sich die Verbindungsanordnung 14 aus zwei Greifeinheiten (oder auch Greifmechanismen) 25 zusammen (die jeweils an einem der Roboter 12 befestigt sind). Genauer gesagt sind diese Greifeinheiten 25 langgestreckt ausgebildet und mit einem ersten Ende mit dem ersten Bereich 22 eines jeweiligen Ausgleichsmoduls 20 gekoppelt (genauer gesagt an dem Ausgleichsmodul 20 befestigt). Mit einem zweiten von dem Ausgleichsmodul 20 entfernten Ende greifen diese (z.B. mittels einer mechanischen Greifhand) das Objekt 18. Die Verbindungsanordnung 14 der Roboter 12, welche eine Kraftübertragung hierzwischen ermöglicht, besteht entsprechend aus den beiden Greifeinheiten 14 sowie dem transportierten Objekt 18.
Ohne die bereits erwähnten Relativbeweglichkeiten und Nachgiebigkeiten, die durch die Ausgleichsmodule 20 bereitgestellt werden, wären die in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Systeme eingeschränkt hinsichtlich ihrer Bewegbarkeit. Beispielsweise wäre ein seitliches Fahren, wie die durch den omnidirektionalen linken Roboter 12 ermöglicht wird, nicht immer möglich, da dann der rechte Roboter 12 verkippen würde. Durch die Ausgleichsmodule 20 wird in der noch geschilderten Weise ermöglicht, dass nach einem seitlichen Anfahren des einen Roboters 12 eine entsprechende Kraft im Ausgleichsmodul 20 des rechten Roboters 12 registriert wird und dieser daraufhin geeignet einlenkt. Allgemein wäre eine vollständig steife Verbindung der Roboter 12 zur Verbindungsanordnung 14 ferner nachteilig hinsichtlich der Manövrierbarkeit. Weiter würden die Kräfte der Roboter 12 stets unmittelbar und vollständig aufeinander übertragen werden, was zu Beschädigungen führen kann.
In Fig. 3 ist ein Ausgleichsmodul 20 in Draufsicht gezeigt. Die Z-Achse steht also senkrecht auf der Blattebene und die Blickrichtung entspricht allgemein derjenigen von Fig. 1. Das Ausgleichsmodul 20 weist eine Drehachse, ein Lagergehäuse, eine Vielzahl von Federelementen 38 und ein Lager 30, insbesondere ein Wälzlager auf. Die eingezeichneten Pfeile deuten vier Richtungen an, in denen Kräfte gemessen werden können. Es können sowohl Richtungen wie auch Winkel der auftretenden Kräfte gemessen werden. Zur Auswertung der Kräfte kann ferner der Betrag der Kräfte ermittelt werden. Eine Winkelmessung kann über eine Position der Drehachse im Ausgleichsmodul 20 erfasst werden. Ferner können Messungen durch Encoder erfolgen. Die vorgesehenen Federelemente 38 können zum Ausgleichen von auftretenden Kräften verwendet werden (d.h. sie können eine Einrichtung zum Ausgleichen der Kräfte bilden). Ferner kann eine Software vorgesehen werden, um die Ausgleichsmodule 20 zu steuern. Insgesamt werden durch die Verwendung des Ausgleichsmoduls 20 der Grad der Bewegungsfreiheit erhöht. Ferner werden auftretende Kräfte ausgeglichen. Dies erhöht die Lebensdauer des einzelnen Roboters 12 und des gesamten Robotersystems 10.
Im Detail zeigt Fig. 3 zunächst ein erstes Teil 30 des Ausgleichsmoduls 20, bei dem es sich beispielhaft um eine mittlere Scheibe handelt. An dieser ist einer von Roboter 12 und Verbindungsanordnung 14 bzw. Greifeinheit 25 befestigbar. Ein ringförmiger zweiter Teil 32 des Ausgleichsmoduls 20 ist hingegen an dem entsprechend anderen von Verbindungsanordnung 14 bzw. Greifeinheit 25 und Roboter 12 angeordnet. Die Verbindung der Teile 30, 32 zu den entsprechenden Komponenten kann über geeignete mechanische Befestigungsmittel und/oder mittels einer Klemmverbindung erfolgen.
Das erste Teil 30 ist um die senkrecht auf der Blattebene stehende vertikale Z-Achse drehbar gelagert (siehe entsprechend eingetragener Pfeil). Hierfür ist er in einem Drehlager 34 (oder auch Drehgelenk) aufgenommen. Das Drehlager 34 ist in einem Haltering 36 gelagert. Dieser ist über eine Mehrzahl von Federelementen 38, die in Fig. 3 nicht jeweils mit einem eigenen Bezugszeichen versehen sind, in dem zweiten Teil 32 gehalten. Der Haltering 36 kann entsprechend weniger umfangreiche Drehbewegungen als der erste Teil 30 ausführen.
Die Federelemente 38 verlaufen jeweils in der horizontalen X-Y-Ebene. Sie ermöglichen demnach Relativbewegungen des ersten Teils 30 relativ zum zweiten Teil 32 in der horizontalen Ebene und somit um wenigstens zwei translatorische Freiheitsgrade (entlang derX- und entlang der Y-Achse). Weiter kann hierüber auch eine gewisse Verlagerung entlang der Z- Achse der Teile 30, 32 relativ zueinander ermöglicht werden (durch entsprechende Durchbiegungen der Federn 38). Bevorzugt ist diese jedoch im Vergleich zu einer nachfolgend geschilderten vertikalen Lagerung über eine elastische Platte und deren vertikale Deformierbarkeit vernachlässigbar. Durch geeignete Lagerung und insbesondere vertikale Stützung von z.B. dem Haltering 36 und dem ersten Teil 30 kann eine Durchbiegung der Federn 38 in vertikaler Richtung auch gezielt begrenzt werden.
Es versteht sich aber, dass aufgrund der gezeigten elastischen Lagerung mittels der Federn 38 auch Verkippungen um die horizontalen Achsen X, Y möglich sind.
Bezüglich der vertikalen Z-Achse erfolgt hingegen mittels des Drehlagers 34 eine wesentliche freie Rotation, bei der lediglich die Reibungskräfte des Drehlagers 34 (das bevorzugt ein Wälzlager ist) überwunden werden müssen. Eine Winkelstellung des Drehlagers 34 ist durch einen nicht detailliert dargestellten Drehgeber 37 erfassbar.
Da die Federn bzw. die Einrichtung 38 zum Kraftausgleich elastisch deformierbar sind/ist, gehen Relativbewegungen der Teile 30, 32 auch mit entsprechenden Deformationen und somit Federkräften einher. Diese wirken entgegen der Richtung der Relativbewegungen. Dies bedeutet, dass z.B. nicht sämtliche der vom äußeren zweiten Teil 32 aufgebrachten horizontalen Kräfte auch auf das innere erste Teil 30 übertragen werden. Stattdessen werden diese teils in potentielle Energie durch entsprechende Längenänderungen der Federn 38 umgewandelt. Aus Sicht des ersten Teils 30 wird folglich eine Kraftübertragung gedämpft. Selbstverständlich gilt dies aber auch aus Sicht des zweiten Teils 32, wenn das Teil 30 Kräfte auf die Federn 38 überträgt.
Weiter gezeigt sind vier gestrichelt umrissene Kraftsensoren S1-S4. Gezeigt sind auch die jeweiligen Richtungen (angedeutet mit einem entsprechenden Pfeil), in die von den jeweiligen Sensoren Kräfte gemessen werden können. Dabei versteht es sich, dass auch in die jeweils entgegengesetzte Richtung (also mit einem entgegengesetzten Vorzeichen) Kräfte erfassbar sind. Allgemein sind die Sensoren S1-S4 dazu eingerichtet, sowohl Beträge einer einwirkenden Kraft als auch deren Vorzeichen zu messen. Die Sensoren S1-S4 sind derart positioniert, dass zwei entlang der X-Achse und zwei entlang der Y-Achse liegen. Es könnten aber auch andere Achsen gewählt werden, die aber bevorzugt orthogonal zueinander und/oder horizontal verlaufen. Entlang einer jeweiligen Achse kann auch nur ein Sensor S1-S4 vorgesehen sein. Gemäß einer Variante sind also je Achse wenigstens ein Sensor und somit insgesamt wenigstens zwei Sensoren S1-S4 vorgesehen.
Durch die Mehrzahl von Sensoren S1-S4 entlang einer Achse können aber höhere Messgenauigkeiten erzielt werden, beispielsweise durch eine Mittelwertbildung der jeweiligen Messwerte.
Die Sensoren S1-S2 messen folglich Kräfte entlang der X-Achse und die Sensoren S3-S4 entlang der Y-Achse. Auf diese Weise kann eine X- und eine Y-Komponente der auf das zweite Teil 32 einwirkenden Kräfte gemessen werden. Diese Kräfte können z.B. von der Verbindungsanordnung 14 auf das zweite Teil 32 übertragen werden. Ein Teil dieser Kräfte kann in der geschilderten Weise durch Deformation der Federelemente 38 gedämpft werden.
Ein verbleibender Anteil würde aber auf das erste Teil 30 übertragen werden. Die Sensoren S1- S4 und die hieraus bestimmten X-Y-Kraftkomponenten werden deshalb dazu verwendet, einen Kraftvektor zu berechnen bzw. eine Hauptrichtung der einwirkenden Kräfte zu ermitteln. Dies kann durch Übermitteln der Messwerte der Sensoren S1-S4 an eine Steuereinrichtung 100 eines Roboter 12 erfolgen. In Fig. 2 ist beispielhaft für einen Roboter 12 eine entsprechende Steuereinrichtung (ein Steuergerät oder eine Steuervorrichtung) 100 gezeigt, wie auch eine gestrichelt angedeutete Datenverbindung (die kabellos oder kabelgebunden erfolgen kann) zum Ausgleichsmodul 20. Bevorzugt weist auch der andere Roboter 12 eine entsprechende Steuereinrichtung 100 samt Datenverbindung zu dem dortigen Ausgleichsmodul 20 auf.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Ausgleichsmodul 20 eine Steuereinrichtung 100 aufweist, um sämtliche vom Ausgleichsmodul 20 erfassten Sensorsignale selbst auszuwerten. Insbesondere kann die Steuereinrichtung (oder auch das Steuergerät) 100 des Ausgleichsmoduls 20 anhand der Sensormesswerte Steuersignale für den Roboter 12 erzeugen, der das Ausgleichsmodul 20 trägt. Über eine nicht gesondert markierte Datenübertragungsschnittstelle können diese Signale an den Roboter 12 übermittelt werden.
Jegliche hierin geschilderte Steuereinrichtung 100 kann eine hierin offenbarte Steuer- oder Regelvorrichtung sein bzw. Steuer- oder Regelfunktionen der hierin geschilderten Art bereitstellen.
Durch Ermitteln eines entsprechenden Kraftvektors kann der Roboter 12 Informationen darüber erhalten, wie sich der andere Roboter 12 aktuell bewegt bzw. wie die Verbindungsanordnung 14 nach Maßgabe entsprechender Bewegungen ausgelenkt wird. Zurückkommend auf Fig. 2 ist erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, dass der linke Roboter 12 ein Führungsroboter ist, der z.B. per kabelloser Datenverbindung eine abzufahrende Fahrroute erhalten hat. Der rechte Roboter 12 kann hingegen keine entsprechenden Routeninformationen erhalten haben und kann auch bevorzugt nicht direkt über eine Datenverbindung mit dem linken Führungsroboter 12 kommunizieren. Stattdessen kann es die über die Verbindungsanordnung 14 vom linken Roboter 12 aufgebrachten Kräfte messen und darauf basierend sein Fahrverhalten steuern und bevorzugt regeln. Genauer gesagt kann die Steuereinrichtung 100 bevorzugt eine Regelungsfunktion aufweisen, um den Fährbetrieb nach Maßnahme der von den Sensoren S1-S4 gemessenen Kräfte zu regeln. Die Regelung erfolgt bevorzugt in der Weise, dass ein Lenkwinkel und/oder eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung angepasst werden, um den ermittelten Kraftvektor zu reduzieren. Typischerweise erfolgt dies derart, dass der Roboter 12 in Richtung dieses Kraftvektors bewegt wird, wobei die Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung bevorzugt nach Maßgabe eines Betrags dieses Vektors gewählt ist. Wie erwähnt, kann diese Regelungsfunktion aber auch durch das Ausgleichsmodul 20 bzw. eine dortige Steuereinrichtung 100 bereitgestellt werden und können nach Maßgabe einer dortigen Regelung Steuersignale erzeugt und an der Roboter 12 übermittelt werden.
In Fig. 4 ist ein schematisch sehr stark vereinfachter Aufbau des Ausgleichsmoduls 20 aus Fig.
3 gezeigt. Der schichtartige Aufbau bzw. die entsprechende Abfolge von Einzelkomponenten ist lediglich beispielhaft. Die Ansicht entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Z-Y-Ebene aus Fig. 3.
Man erkennt wiederum den innenliegenden ersten Teil 30 und den außenliegenden zweiten Teil 32. Der Teil 32 kann auch den Verbindungsbereich 22 aus Fig. 2 bereitstellen bzw. diesem entsprechen. Nicht gesondert gezeigt in Fig. 4 sind die zwischen den Teilen 30, 32 angeordneten oder hiermit zusammenwirkenden weiteren Komponenten, wie die Kraftsensoren S1-S4, das Drehlager 34 und die Federelemente 38.
Der erste Teil 30 ist mit einem Höhenverstellmechanismus 40 verbunden. Hierbei kann es sich um einen Kniehebelmechanismus, insbesondere einen Doppel-Kniehebel-Mechanismus, und/oder um einen Verstellmechanismus nach Art eines Scherenlifts handeln. Prinzipiell könnte dieser Höhenverstellmechanismus aber auch mit dem zweiten Teil 32 und/oder mit beiden Teilen 30, 32 verbunden sein. Weiter gezeigt sind noch zusätzliche Sensoren 51, 53. Hierbei handelt es sich um einen Neigungswinkelsensor 51, mit dem eine Neigung des Ausgleichsmoduls 20 und somit des Roboters 12 bzw. der darunterliegenden Fahrbahn ermittelbar ist. Ferner gezeigt ist eine Gewichtskraftsensor 53, der eine einwirkende Gewichtskraft (also eine Vertikal kraft) misst. Vorteile ergeben sich hierdurch in der vorstehend geschilderten Weise vor allem bei einer Rampenfahrt.
Es ist prinzipiell auch möglich, den Gewichtskraftsensor 53 zum Ermitteln einer dreidimensionalen Kraftrichtung zusätzlich zu den Sensoren S1-S4 zu verwenden und diese Richtung dann einer Robotersteuerung zugrunde zu legen.
Ferner gezeigt ist eine mit dem ersten Teil 30 verbundene deformierbare Platte 42. Diese bildet einen Lagerabschnitt und umfasst den zweiten Bereich 24 aus Fig. 2. Es handelt sich um einen in bevorzugt vertikaler Richtung nachgiebigen Abschnitt, um Gewichtskräfte aufnehmen zu können. Weiter können hierüber auch Vibrationen gedämpft werden. Vorteilhafterweise unterstützt dieser deformierbare Abschnitt auch Relativverdrehungen des ersten zum zweiten Teil 30, 32 während einer Rampenfahrt, also während sich einer der Roboter 12 auf einer geneigten Fahrbahn befindet, der andere hingegen nicht oder lediglich auf einer weniger stark geneigten Fahrbahn.
Ein alternativer schichtartiger Aufbau lautet wie folgt. Eine (bezugnehmend auf die Orientierung von Fig. 4) oberste Schicht umfasst eine Schnittstelle zum Greifmechanismus 25 bzw. zum Objekt 18. Eine darunter positionierte zweite Schicht umfasst die Kraftsensoren S1-S4 und den Ausgleichsmechanismus bzw. die Einrichtung (Federn) 38. Dort kann auch eine Gewichtskraft angreifen und/oder gemessen werden. Die Gewichtskraft kann ferner auf die darunterliegenden Schichten wirken. Eine unter den vorangehenden Schichten positionierte dritte Schicht umfasst eine Leistungselektronik und/oder einen Controller und Sensorik für die Erfassung des Steigungswinkels. Eine unter den vorangehenden Schichten positionierte vierte Schicht umfasst eine Höhenverstellung. Diese kann einen zweifachen Kniehebelmechanismus umfassen und allgemein bei Robotern mit unterschiedlicher Höhe zum Einsatz kommen. Eine unter den vorangehenden Schichten positionierte fünfte Schicht umfasst eine elastische Platte, z.B. eine Gummi-Platte. Sie umfasst auch eine Schnittstelle zum Roboter 12. Die Gummi-Platte dient dem Ausgleich von vertikalen Belastungen und/oder von entstehenden Belastungen während der Rampenfahrt. Allgemein kann auch ein Sensor für den Steigungswinkel vorgesehen sein, wobei der Steigungswinkel z.B. mit Hilfe einer IMU ermittelt wird. Das beispielhafte Ausgleichsmodul 20 weist insbesondere die folgenden Eigenschaften auf und bietet folgende Vorteile hinsichtlich Flexibilität:
Bereitgestellt wird eine Ausgleichseinrichtung für entstehende Belastungen in sämtlichen von Längsrichtung, Querrichtung, vertikaler Richtung sowie um die Längsrichtung und um die Querrichtung.
Es wird die Bewegungsfreiheit erhöht, insbesondere hinsichtlich einer Rotation um eine vertikale Achse.
Es werden Rampenfahrten ermöglicht.
Es ist keine Roboter-zu- Roboter Kommunikation nötig, da eine indirekte Kommunikation per Kraftrückkopplung (Force-Feedback) erfolgt.
Das beispielhafte Ausgleichsmodul 20 weist insbesondere die folgenden Eigenschaften auf und bietet folgende Vorteile hinsichtlich Eigenständigkeit bzw. Standalone-Fähigkeit:
Es wird eine integrierte Sensorik für alle benötigten Messgrößen bereitgestellt, insbesondere zur Erfassung von dreidimensionalen Roboterbewegungen, des Steigungswinkels und des Objektgewichts;
Es wird eine integrierte Steuerungseinheit bereitgestellt, die geeignete Fahrstrategien generiert und koordiniert.
Das beispielhafte Ausgleichsmodul 20 weist insbesondere die folgenden Eigenschaften auf und bietet folgende Vorteile hinsichtlich Skalierbarkeit:
Das Ausgleichsmodul 20 ist höhenverstellbar. Somit können verschieden hohe Roboter miteinander verbunden werden.
Das Ausgleichsmodul 20 ist robust.
Das Ausgleichsmodul 20 ist unabhängig von der exakten Roboter-Kinematik und/oder dessen Greifmechanismus verwendbar.
Bezugszeichenliste
10 Robotersystem / Multi-Roboter-Syste
12 Roboter
14 Verbindungsanordnung
16 Komponente
18 (Transport-)Objekt
20 Ausgleichsmodul
22 erster Bereich
24 zweiter Bereich
25 Greifeinheit
30 erster Teil
32 zweiter Teil
34 Drehlager
36 Haltering
37 Drehgeber
38 Einrichtung / deformierbares Element / Feder
40 Höhenverstellmechanismus
42 deformierbare Platte
51 Neigungswinkelsensor
53 Gewichtskraftsensor
100 Steuergerät/Steuereinrichtung
S1-S4 Kraftsensor

Claims

Patentansprüche
1. Ausgleichsmodul (20) für ein Multi- Roboter-System (10), aufweisend eine Einrichtung (38) zum Ausgleichen von Kräften.
2. Robotersystem (10), aufweisend: mindestens ein Ausgleichsmodul (20) nach Anspruch 1; und mindestens zwei Roboter (12).
3. Robotersystem (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Roboter (12) ein erster autonomer Roboter (12) und ein zweiter autonomer Roboter (12) sind, wobei der erste und zweite Roboter (12) über eine Verbindungsanordnung (14) miteinander verbunden oder verbindbar sind; wobei einer der Roboter (12) das Ausgleichsmodul (20) aufweist, über das er an die Verbindungsanordnung (14) gekoppelt ist; wobei das Ausgleichsmodul (20) dazu eingerichtet ist, den Roboter (12) und die Verbindungsanordnung (14) relativbeweglich miteinander zu koppeln und Kraftübertragungen zwischen der Verbindungsanordnung (14) und dem Roboter (12) mittels der Einrichtung (38) zu dämpfen und dadurch die Kräfte auszugleichen.
4. Robotersystem (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmodul (20) wenigstens ein Drehgelenk (34) umfasst, um eine Relativdrehung von Roboter (12) und Verbindungsanordnung (14) um eine bevorzugt vertikale Raumachse (Z) zu ermöglichen, insbesondere wobei das Ausgleichsmodul (20) wenigstens einen Drehgeber (37) umfasst, mit dem eine Winkelstellung des Drehgelenks (34) ermittelbar ist.
5. Robotersystem (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmodul (20) wenigstens einen Kraftsensor (S1-S4) umfasst, der dazu eingerichtet ist, eine zwischen dem Roboter (12) und der Verbindungsstruktur (14) wirkende Kraft zu messen, insbesondere wobei das Ausgleichsmodul (20) dazu eingerichtet ist, eine Richtung einer gemessenen Kraft zu ermitteln.
6. Robotersystem (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betrieb von wenigstens einem Roboter (12) auf Basis der gemessenen Kraft steuerbar ist, insbesondere wobei das Ausgleichsmodul (20) über eine Datenübertragungsschnittstelle mit dem zugeordneten Roboter (12) zum Übermitteln von Kraftmesswerten oder von Steuersignalen, die durch ein Steuergerät (100) des Ausgleichsmoduls (20) anhand der Kraftmesswerte erzeugt werden, verbunden ist.
7. Robotersystem (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmodul (20) ferner wenigstens eine der folgenden Komponenten umfasst:
- einen Sensor (51) zum Erfassen eines Steigungswinkels eines Roboteruntergrundes;
- einen Sensor (53) zum Erfassen einer von der Verbindungsanordnung (14) auf das Ausgleichsmodul (20) übertragenen Gewichtskraft;
- einen Höhenverstellmechanimus (40).
8. Roboter (12), aufweisend ein Ausgleichsmodul (20) nach Anspruch 1.
9. Verwendung eines Ausgleichsmodules (20) für ein Robotersystem (10) in einem Fertigungsprozess, insbesondere in einem Fertigungsprozess der Automobilindustrie.
10. Verfahren zum Betreiben eines Ausgleichsmoduls (20), aufweisend:
- Messen von Kräften; und
- Ausgleichen der ermittelten Kräfte.
11. Verfahren für ein Multi-Roboter-System (10) aufweisend eine Steuer- oder Regelvorrichtung (100) zum Koordinieren der Bewegungen von mindestens zwei Robotern (12), wobei mit der Steuer- oder Regelvorrichtung (100) Kräfte an den Robotern (12) ausgeglichen werden, um ein gemeinsames Objekt (18) zu handhaben.
12. Verfahren zum Bereitstellen eines Robotersystems (10), aufweisend:
- Verbinden eines ersten Roboters (12) und eines zweiten Roboters (12) mit einer Verbindungsanordnung (14); wobei das Verbinden ein Koppeln von wenigstens einem der Roboter (12) an die Verbindungsanordnung (14) über ein Ausgleichsmodul (20) umfasst; wobei das Ausgleichsmodul (20) dazu eingerichtet ist, den Roboter (12) und die Verbindungsanordnung (14) relativbeweglich miteinander zu koppeln und Kraftübertragungen zwischen der Verbindungsanordnung (14) und dem Roboter (12) zu dämpfen.
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